冷热交替作用致煤样裂隙结构损伤试验

为研究有约束煤样和自由煤样冷热交替作用下的裂隙扩展规律,采用液氮作为制冷剂对煤样进行冷热交替作用试验,使用激光显微镜观测冷热交替作用前后煤样表面原生裂隙扩展情况,利用声波测试仪表征煤样内部原生裂隙扩展情况,通过压缩试验机测量试验后煤样的承载能力。结果表明:1)冷热交替作用可以使煤样裂隙结构发生进一步损伤,裂隙宽度增大,煤样承载能力随裂隙结构损伤程度加深而减小;2)单周期冷热交替作用过程中,全浸泡煤样表面裂隙扩展最明显,而有约束煤样表面裂隙扩展最小;3)多周期冷热交替作用过程中,全浸泡和无约束注液氮煤样温度应力产生的结构损伤通过周期累积,在5周期时达到强度极限,发生破坏,而有约束煤样裂隙结构变化不明显。     

循环载荷下煤样不同方向渗透特性试验研究

针对循环采动过程中煤层不同方向渗透特征的演化规律问题,以平顶山十二矿己15煤层煤样为研究对象,利用自行研制的应力-渗流-解吸煤体变形试验装置,开展了循环围压加载下煤样不同方向渗透试验。研究结果表明:在相同的轴压、围压和平均孔隙压力下,试样平行层理面方向的渗透率大于垂直层理,平行层理面内的渗透率相差不大。在围压恒定的情况下,通过试样的流量随着渗透压差的增大而增大,且二者之间的关系可以用二次函数描述;围压增加,导致裂隙闭合,渗透率减小,当循环围压大于煤屈服强度和抗压强度时,裂隙扩展,渗透率增加;循环围压加载可以改变煤样原有不同方向渗透率大小顺序,渗透率与原初始渗透率比值随循环加载次数的增加而增大。     

分级加载条件下红砂岩蠕变特性试验研究

岩石的蠕变性质是引起工程岩体破坏的主要原因之一。通过进行分级加载蠕变试验,分析了红砂岩在不同加载应力条件下的蠕变特征。试验结果表明:在不同加载应力条件下,试件等速蠕变阶段应变速率与加载应力呈指数函数关系,并且当加载应力大于损伤强度σcd时,径向等速蠕变阶段应变速率大于轴向;同时,试件在破坏过程中存在加速蠕变阶段不明显的现象。根据蠕变破坏过程中黏滞系数的变化特点,将理想黏塑性体中的黏滞系数定义为时间的负指数函数,建立了一个非定常西原蠕变模型,该模型能较好反映红砂岩在单轴压缩条件下的蠕变特性。     

循环载荷下煤样渗透特性试验研究

以原煤煤样为研究对象,采用自主研发的三轴应力渗流实验系统,进行等幅循环加、卸载的渗透率测试,研究煤样疲劳损伤过程中渗透率对应力水平的响应特征。结果表明:上、下限应力点处渗透率随循环次数出现降低-稳定-升高3个阶段,整体呈“U”型,并且随着上限应力水平的升高,曲线有向“V”型发展的趋势。拟合结果显示:在渗透率降低阶段,渗透率与循环次数呈幂指数函数关系;在渗透率升高阶段,渗透率与循环次数呈指数函数关系,并且渗透率随循环次数的降低和升高速率与上限应力水平正相关。     

分级加载条件下红砂岩蠕变特性试验研究北大核心CSCD

岩石的蠕变性质是引起工程岩体破坏的主要原因之一。通过进行分级加载蠕变试验,分析了红砂岩在不同加载应力条件下的蠕变特征。试验结果表明:在不同加载应力条件下,试件等速蠕变阶段应变速率与加载应力呈指数函数关系,并且当加载应力大于损伤强度σcd时,径向等速蠕变阶段应变速率大于轴向;同时,试件在破坏过程中存在加速蠕变阶段不明显的现象。根据蠕变破坏过程中黏滞系数的变化特点,将理想黏塑性体中的黏滞系数定义为时间的负指数函数,建立了一个非定常西原蠕变模型,该模型能较好反映红砂岩在单轴压缩条件下的蠕变特性。     

寒冷地区不同煤样冻黏强度试验研究

寒冷地区煤炭运输设备上煤的冻黏严重影响煤炭运输的安全与效率,为分析各地不同煤样的冻黏强度特性及原因,选取各地5个存在冻黏现象煤矿的煤样,测试其在Q235和UHMWPE材料上的冻黏强度,并检测5种煤样的外在水质量分数、粒度和孔容分布,结果表明:在亲水性Q235材料上,内蒙古锡林浩特煤样冻黏强度最高(2.58 MPa),其次是辽宁铁法煤样(2.02 MPa)和黑龙江双鸭山煤样(1.36 MPa),北京大安山(0.773 MPa)和木城涧煤样(0.689 MPa)较低;不同煤样在疏水性UHMWPE材料上的冻黏强度分布在0.159~0.230 MPa。各煤样因煤质、采掘破碎工况、煤化程度等因素导致其粒度和孔容分布不同,使各自外在水质量分数不同,进而导致煤样在亲水性Q235材料上冻黏强度差别明显,外在水质量分数高的煤样冻黏强度相对较高;在UHMWPE材料上,各煤样的冻黏强度因材料的疏水性而对外在水质量分数差异不敏感,因而普遍很低且差别很小,可见采用UHMWPE基体材料对各地煤在运输设备上的冻黏具有一定防治作用。     

火灾环境下热-冷循环作用对混凝土性能的影响研究

为了研究混凝土材料的结构与力学特征受火灾热-冷作用的影响规律,通过测量不同热-冷作用次数下的试样质量和密度损失率定量表征了混凝土结构损伤程度;通过开展单轴压缩实验对热-冷作用对其力学行为的变化规律进行了研究;最后进行XRD衍射实验和SEM扫描电子显微镜对混凝土的成分与微观结构进行探测.实验结果表明:在火灾热-冷作用下,...     

氯化钠溶液对煤体致裂增透实验研究

为提高对煤体的致裂增透效果,基于高压电脉冲液电致裂煤体增透技术,提出把液电效应中的水换成1mol/L的氯化钠溶液,进行煤块致裂增透实验,研究氯化钠溶液对煤体强化致裂增透效果。实验结果表明：高压电脉冲分别在1mol/L的氯化钠溶液和水中放电后,距电极30cm距离处,前者测得的压力峰值比后者测得的压力峰值提高近0.35MPa;在相同的1号煤块和2号煤块钻孔中分别加入水和1mol/L的氯化钠溶液,高压电脉冲对它们各放电8次后,2号煤块与1号煤块相比,2号煤块表面裂隙形成快,分支裂隙明显;根据2个煤块实验前后的首波声时差绘制的Origin等高线图,2号煤块内部产生的裂隙多,裂隙可以延伸到煤块边沿。高压电脉冲氯化钠溶液能够对煤体有致裂增透作用。     

冻融循环作用下尾矿砂抗剪强度和变形特性研究

为探究冻融循环后尾矿物理力学特性的变化特征,使用高低温试验箱和应变控制式三轴剪力仪对处于不同初始条件下的尾矿砂进行不排水不固结试验,揭示了尾矿砂的抗剪强度参数、不同围压条件下的变形模量与冻融循环次数、含水率之间的关系。结果表明:相同含水率条件下,随冻融循环次数增加,尾矿砂黏聚力先减小后趋于稳定,内摩擦角先增大后减小,围压100 k Pa和200 k Pa时变形模量逐渐减小,围压300 k Pa时变形模量呈现先减小后缓慢增大的趋势;相同冻融循环次数条件下,随尾矿砂含水率增加,其黏聚力先增加后减小、内摩擦角不断减小;不同围压条件下变形模量在总体上均呈现出不断减小的变化趋势,围压200 k Pa时变形模量总的衰减量最大,100k Pa次之,300 k Pa最小。     

单向循环加载下花岗岩力学特性及红外分析

为了探究单向循环加卸载作用对花岗岩力学特性的影响,开展了室内循环加卸载试验。选择5次和10次循环及12%,24%,36%,48%和60%的强度振幅对花岗岩进行循环加卸载预处理,进而测试其强度,并同步进行红外AIRT检测、红外热成像分析及温度场的频数直方图分析。研究结果表明:循环加卸载对岩石起先加强后削弱的作用,36%振幅10次循环预处理条件下的花岗岩综合性能较好;岩石破坏由局部应力集中所致,并揭示出岩石破坏伴随着能量积聚到释放过程。说明循环加卸载在一定条件下存在积极效应,且红外检测对岩石破坏的应力集中特性及灾害演化研究有较好的优越性。     

循环载荷下煤裂隙演化试验研究

为了研究循环载荷下的煤体裂隙演化特征,在不同应力水平和不同频率条件下分别进行煤样破坏力学及声发射试验。结果表明:应力-应变曲线呈疏-密-疏的变化特征,对应的振铃数柱状图呈U型;上限应力点的应变值、累积能量、撞击计数均随循环次数增加而上升,曲线呈倒S型;煤裂隙演化经历了原始裂隙闭合、新生裂隙稳定发育和裂纹贯穿破坏等3个不同阶段;循环载荷的应力水平和加载频率对煤体疲劳寿命的影响具有差异性,对煤体裂隙演化和破坏模式均有明显影响。     

冷冲击条件下饱水煤样结构损伤规律研究*

为探究煤体在冷冲击影响下强度损伤特征及细观结构演化规律,通过自制低温冲击系统,利用声发射、金相显微镜宏观与细观手段结合的方法,基于ImageJ图像分析软件分别对干燥煤样、饱水煤样冷冲击前后细观结构演化进行量化表征,并通过测试渗透率验证煤体结构变化带来的增透效果,研究结果表明:在煤体中超声波波速随冷冲击温度降低而下降;相同时间内,冷冲击温度越低,声发射振铃计数表现越活跃,煤体释放能量愈大,致裂效果越显著;经冷冲击后的饱水煤样相对于干燥煤样会产生更多的斜向新生裂隙,新萌生裂隙与原生裂隙交汇贯通形成絮状网格,其渗透效果显著提升;随冲击温度的降低,抗压强度、弹性模量均增大。研究结果可为低温改善煤层透气性,增产煤层气及矿井瓦斯灾害防治技术提供理论依据。     

棱状钻杆应用于松软突出煤层钻进强度匹配研究

为解决棱状钻具的强度匹配问题,应用实体设计和数值分析软件,建立不同结构棱状钻具力学分析模型,对其进行强度分析,优化棱状钻具结构。分析结果表明,常规棱状类钻具整体强度匹配不合理,丝扣位置存在受力薄弱点,安全系数较低且整体分布不均衡。可采取加大接头直径、优化接头及棱边结构、应用摩擦焊接工艺等技术手段提高棱状钻具整体强度;改进后的棱状钻杆,整体安全系数分布均衡、波动小,钻杆整体力学性能得到了有效的提高。通过工程应用,解决了煤矿复杂条件煤层钻孔施工丢钻、断钻频繁的被动局面,平均深度超过了设计深度,钻进效率提高20     

两种复合早强剂对煤矿封孔水泥早强效果影响的研究

基于矿井复杂环境对封孔水泥提出的要求,引入２-丙烯酰胺基-２-甲基丙磺酸（AMPS）并复合聚羧酸减水剂,三乙醇胺（TEA）作为有机组分,氯化钠（氯化钙）为无机组分,模拟井下高湿环境,通过正交试验,考察了两种有机无机复合早强剂的制备。并通过SEM,TG和XRD等手段着重研究了两种复合早强剂水化3d对封孔水泥抗压强度的影响。结果表明,当氯化钠复合早强剂组分为氯化钠3%,三乙醇胺0.05%,聚羧酸0.3%,AMPS1%时;氯化钙复合早强剂组分为氯化钙1.5%,三乙醇胺0.04%,聚羧酸0.2%,AMPS1%时早强效果最好,抗压强度比基准组分别提高了328%和217%。     

加卸载下含水率对含瓦斯煤岩损伤变形的影响分析

采用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服控制渗流试验装置对不同含水状态煤样进行了加卸载下三轴变形与渗流特性的试验研究。研究结果表明:含水率越高,煤样的三轴强度越低,失去抵抗外部载荷所产生破坏的能力越快,且塑性变形增强,脆性破坏减弱,瓦斯流量增加越小;含水率的增加能够使得煤岩破坏时积聚的弹性能减少,并且释放速率更加缓慢,更多的消耗于塑性变形中,这有助于预防煤岩破坏时由于弹性能的突然释放而导致的大型煤与瓦斯突出事故的发生;基于Logistic方程和能量耗散理论,建立了煤岩损伤演化数学模型,通过对试验数据的拟合分析,两者吻合程度较高,能够为煤岩损伤破坏提供预测。研究结果对于具有煤与瓦斯突出危险性的煤层进行注水消突具有理论指导意义。     

基于Weibull分布的煤体强度计算研究

以往矿山压力计算中多数使用煤体试件测试强度代替煤体强度进行计算,计算结果往往具有较大误差,针对此类问题,采用理论分析、实验室实验、数值模拟,数据拟合等手段研究了矿山工程中煤体强度的计算方法。结果表明:煤的强度具有一定的尺寸效应,测试试件边长越大,其强度越低;根据其尺寸特征,应用RFPA软件中的Weibull函数功能,模拟求解并拟合得出煤体强度与均质度和原煤强度之间的关系。定义了煤样标准强度为边长或直径为50 mm的煤试件强度,拟合得出煤样标准强度与原煤强度和煤体强度关系的表达式,可据此理论计算矿山工程中的煤体强度。     

新型硫酸锂复合早强剂对煤矿封孔水泥早强效果的影响研究

为缩短煤矿封孔注浆材料的候凝时间,以煤矿注浆封孔硅酸盐水泥为研究对象,在Li2SO4单掺早强效果研究的基础上,将锂盐与有机物进行复配。通过正交实验考察了高湿环境中不同组成和配比下,Li2SO4复合早强剂对于封孔水泥早强效果的影响。结果表明,Li2SO4与聚羧酸和三乙醇胺复配新拌混凝土后流动性良好,当该复配早强剂的组成为硫酸锂1.0%,聚羧酸0.03%,三乙醇胺0.3%,掺量为胶体总质量的1.3%时,可使注浆封孔水泥早期强度提高最为显著,1d抗压强度提高到556%,3d抗压强度提高到157%。     

软煤样断裂韧性加载速率效应实验研究

为探究加载速率对软煤样Ⅰ型断裂韧性的影响,对取自云南老厂的煤样开展压入硬度实验及不同加载速率条件下的断裂韧性实验,分析加载速率及割理角度对软煤样断裂特性的影响.结果表明:实验老厂煤岩压入硬度分布在51.84～125.03 MPa之间,按压入硬度划分属于软岩类别;实验岩样Ⅰ型断裂韧性分布在0.0099～0.2082 MP...