基于煤體結(jié)構(gòu)異性特征,從微觀角度數(shù)值分析注水煤體裂紋起裂、擴(kuò)展及停止過(guò)程。研究結(jié)果表明:注水時(shí)煤體節(jié)理端應(yīng)力集中,然后沿節(jié)理面（弱面）擴(kuò)展,當(dāng)剪應(yīng)力小于煤面剪切強(qiáng)度時(shí),裂紋停止;注水壓力較大時(shí),煤體不僅沿節(jié)理面擴(kuò)展,而且還在裂紋尖端處導(dǎo)致煤體損傷,衍生新的裂紋路徑。 

【文章來(lái)源】：煤礦安全. 2020,51(08)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

煤體結(jié)構(gòu)異性特征

由于煤層中層理和割理的存在，導(dǎo)致煤基體在各個(gè)方向的力學(xué)性能存在極大差異。從不同方向取芯進(jìn)行巴西劈裂試驗(yàn)（抗拉強(qiáng)度）。其中，x方向表示平行層理沿面割理方向，y方向表示平行層理沿端割理方向，z方向表示垂直層理方向。煤樣巴西劈裂破壞力-變形曲線如圖2。由圖2可以看出，在煤樣破壞時(shí)，x方向的峰值破壞最小，y方向峰值破壞力次之，z方向峰值破壞力最大。在拉伸破壞過(guò)程中，在經(jīng)過(guò)短暫的彈性變性后，煤體進(jìn)入塑性變形，此階段持續(xù)變形最長(zhǎng)（加載力增大緩慢、變形急劇增大），這主要是因?yàn)槊后w內(nèi)部層理和割理存在導(dǎo)致煤體層面之間滑移，即煤體層理和割理面屬于軟弱面。特別是沿平行層理沿面割理方向，面割理面密集連續(xù)，塑性變形最大，破壞力也最小。

基于上述煤層各向抗拉強(qiáng)度測(cè)試及分析，在此沿x鉆孔進(jìn)行高壓注水致裂煤層，煤層注水致裂模型示意圖如圖3，模型長(zhǎng)100 mm，寬60 mm。微觀模型設(shè)計(jì)層狀煤體，層理和割理寬度均為0.5 mm，煤體彈性模量2 GPa，泊松比0.2；接觸節(jié)理的彈性模量為0.2 GPa，泊松比0.25。圖3模型左側(cè)固定，右側(cè)施加6 MPa側(cè)壓；將下部固定，上部施加9 MPa的地應(yīng)力。采用Abaqus工程軟件，建立模型，巖體裂縫數(shù)值模型如圖4。為了便于分析，分別在層里面和下部斷面設(shè)置了A-A′、B-B′2條路徑分析煤體內(nèi)部應(yīng)力。

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