瓦斯抽采鉆孔密封段是由煤-水泥-抽采管組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)體,為了研究鉆孔密封段煤-水泥異質(zhì)結(jié)構(gòu)的變形破壞特征,采用Vallen AMSY-6聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)和TAW-2000高溫巖石三軸伺服試驗機相結(jié)合的方法,對煤單體、水泥單體及煤-水泥組合試件進行了單軸載荷作用下的變形破壞全過程聲發(fā)射試驗。試驗結(jié)果表明:煤-水泥組合試件的峰值應力介于煤單體試件和水泥單體試件之間,煤單體試件的強度是水泥單體試件強度的2.1倍;煤-水泥組合試件及煤單體試件的體應變突降點后伴隨著聲發(fā)射振鈴計數(shù)的激增,而水泥單體試件的聲發(fā)射指標增長較為平緩,且不同試件都在應力峰值處聲發(fā)射指標達到最大值,煤-水泥組合試件的振鈴計數(shù)峰值約為水泥單體試件振鈴計數(shù)峰值的112倍;煤-水泥組合試件及煤單體試件的應力應變曲線表現(xiàn)出峰后的脆性變形特征,而水泥單體試件的應力應變曲線則表現(xiàn)出峰后的塑性變形特征,煤-水泥組合試件的破壞形態(tài)為剪切破壞,煤單體試件的破壞形態(tài)為"X"狀共軛剪切破壞和拉伸破壞,水泥單體試件的破壞形態(tài)為拉伸破壞�，F(xiàn)階段我國煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔材料大多選取水泥基封孔材料,鉆孔密封段煤-水泥異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強度同時受到煤體和水泥材... 

【文章來源】：煤炭科學技術(shù). 2020,48(06)北大核心

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【部分圖文】：

煤單體試件的應力應變曲線和破壞形態(tài)

從圖5a可以看出水泥單體試件的破壞形態(tài)以拉伸破壞為主，裂紋的發(fā)育形態(tài)平行于軸向應力的方向，這是由于在軸向應力的作用下，試件橫向產(chǎn)生拉應力，橫向拉應力超過抗拉極限引起了試件破壞。從圖5b可以看出水泥單體試件在峰后表現(xiàn)出明顯的塑性變形特征，應力峰值對應著較大的軸向應變，這是由于水泥單體試件中分布著孔洞氣室，試件中的孔洞氣室在應力作用下逐漸被壓實。從圖6a可以看出煤-水泥組合試件的破壞形態(tài)以剪切破壞為主，破壞裂紋貫穿整個試件，由于煤單體試件的強度較水泥單體試件大，所以在煤-水泥組合試件中，裂紋的擴展和延伸首先從水泥結(jié)構(gòu)中開始，且水泥裂紋的快速擴展釋放出大量能量，裂紋延交界面擴展到煤體結(jié)構(gòu)中，最終導致煤-水泥組合試件整體失穩(wěn)。從圖6b可以看出煤-水泥組合試件的應力跌落明顯，表現(xiàn)為脆性破壞，表明煤-水泥組合試件在峰值應力之前積聚了大量的能量。圖6 煤-水泥組合試件的應力-應變曲線和破壞形態(tài)

圖5 水泥單體試件的應力-應變曲線和破壞形態(tài)由上述分析可知煤單體、水泥單體及煤-水泥組合試件的受載破壞過程及聲發(fā)射特征存在顯著差異。煤-水泥組合試件的峰值強度介于煤單體及水泥單體試件之間，煤體及水泥材料的性質(zhì)共同影響了煤-水泥組合試件的強度。目前瓦斯抽采鉆孔封孔使用最為廣泛的仍然是水泥基類材料，其封孔條件下瓦斯抽采鉆孔密封段受力環(huán)境的變化易形成損傷裂隙，從而造成其密封性降低，鉆孔瓦斯抽采效率低下。鉆孔成孔后，圍巖應力發(fā)生變化，圍巖應力以集中的方式在鉆孔圍巖中重新分配，封孔后鉆孔密封段受力環(huán)境的改變會導致密封段煤-水泥異質(zhì)結(jié)構(gòu)超過其強度極限而發(fā)生損傷破壞，鉆孔密封段煤-水泥異質(zhì)結(jié)構(gòu)的損傷破壞是導致瓦斯抽采鉆孔濃度衰減的原因之一。瓦斯抽采鉆孔理想密封條件下，凝固后水泥基密封材料與鉆孔煤壁緊密貼合，水泥密封介質(zhì)對抽采鉆孔提供一定的支護力，為了提高瓦斯抽采鉆孔密封段的強度，可考慮選取凝固后和煤巖體強度差異較小的水泥基類封孔材料。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]地下開采中接觸帶復合巖體非協(xié)調(diào)變形及控制研究[D]. 王其虎.武漢科技大學 2015



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