水是影響煤礦安全、高效生產(chǎn)最活躍的因素之一,它對(duì)煤炭開采具有雙重力學(xué)作用。一方面,煤層注水是厚煤層開采、防治沖擊地壓和煤與瓦斯突出、降低粉塵等的重要工業(yè)性措施;另一方面地下水滲透會(huì)造成頂板大面積垮落、礦井突水等災(zāi)害。此外,水也會(huì)導(dǎo)致構(gòu)造軟化易誘發(fā)礦震等動(dòng)力災(zāi)害。因此,深入研究含水煤的力學(xué)特性及其變化規(guī)律對(duì)于防止礦井災(zāi)害事故的發(fā)生和指導(dǎo)優(yōu)化注水或水力壓裂參數(shù)都具有重要的理論和實(shí)際價(jià)值。目前很少涉及含水煤體的斷裂力學(xué)行為的研究。為此,本文以“含水煤樣+靜/動(dòng)載荷”失穩(wěn)斷裂為工程背景與研究主題,綜合運(yùn)用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬等手段,研究含水率為0、1.8%和3.6%煤體的單軸和常規(guī)三軸壓縮、巴西劈裂下的力學(xué)特征,復(fù)合斷裂靜力學(xué)特性、及水對(duì)煤樣動(dòng)態(tài)斷裂韌度及裂紋擴(kuò)展速度的影響,最后探討了煤飽水后的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀力學(xué)性能的影響機(jī)制,研究結(jié)果將為含水煤體失穩(wěn)斷裂機(jī)制、動(dòng)力災(zāi)害防治等提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。主要結(jié)論如下:（1）基于RMT-150C試驗(yàn)系統(tǒng),開展單軸壓縮和常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn),研究含水率對(duì)煤樣拉伸和壓縮力學(xué)性能的影響。獲得了含水率與煤樣抗拉強(qiáng)度、單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量之間的關(guān)系表達(dá)... 

【文章來源】：遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

礦山巖體不同尺度結(jié)構(gòu)面及動(dòng)力擾動(dòng)示意圖[6]

遼寧工程技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文5高于閾值時(shí),煤的力學(xué)性能對(duì)應(yīng)變率的有明顯的敏感性圖1.3歸一化的巖石壓縮強(qiáng)度與應(yīng)變率的關(guān)系[14]Figure1.3Relationbetweenthestrainrateandnormalizedcompressivestrength[14]1.2.2含水煤巖的動(dòng)靜力學(xué)性質(zhì)研究現(xiàn)狀煤體的力學(xué)性質(zhì)不僅與應(yīng)力環(huán)境影響相關(guān),而且與其賦存環(huán)境有著密切的聯(lián)系地下水作為賦存環(huán)境因素之一,會(huì)對(duì)煤體產(chǎn)生軟化溶蝕和水楔作用[33],影響煤體的力學(xué)性質(zhì),威脅工程的穩(wěn)定性此外,煤炭開采過程中許多人為的水力措施[9-11](如煤層注水水力沖孔)的使用,也會(huì)影響煤體的變形和破壞因此,對(duì)水對(duì)煤體力學(xué)特征的影響機(jī)制,成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)下面從靜載和動(dòng)載兩個(gè)方面介紹含水煤體力學(xué)性質(zhì)的研究現(xiàn)狀在靜載荷作用方面:來興平等[34]研究單軸壓縮情況下不同含水煤體的力學(xué)特性能量釋放規(guī)律破壞模式,并基于能量貢獻(xiàn)率與振鈴計(jì)數(shù)貢獻(xiàn)率共同準(zhǔn)則拾取關(guān)鍵孕災(zāi)聲發(fā)射信,發(fā)現(xiàn)水能夠明顯弱化煤的峰值強(qiáng)度峰值應(yīng)變彈性模量和破壞模式Liu等[35]采用立方體煤試樣研究完整煤和壓裂煤的滲透率演化規(guī)律,分析煤的幾何形狀,吸水率和應(yīng)力條件對(duì)煤滲透率的影響,研究發(fā)現(xiàn)壓裂煤的滲透率各向異性比完整煤更明顯,煤中水的存在會(huì)降低滲透率達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)Yao等[36]研究不同含水煤的強(qiáng)度特征,發(fā)現(xiàn)含水率與峰值應(yīng)變成正關(guān)系,與峰值強(qiáng)度成負(fù)相關(guān),并推導(dǎo)出了反應(yīng)含水率的本構(gòu)損傷模型蘇承東等[37]采用千秋煤礦2#煤層,進(jìn)行自然和飽水7~28d,研究飽水時(shí)間對(duì)煤體的力學(xué)性質(zhì)與沖擊傾向性指標(biāo)的影響,發(fā)現(xiàn)飽水后煤樣的沖擊傾向性出現(xiàn)大幅度下降,中等沖擊傾向性轉(zhuǎn)變?yōu)槿鯖_擊傾向性,并對(duì)千秋煤礦煤層注水時(shí)間和距離給出了具體的數(shù)值潘俊鋒等[38]研究了不同浸水時(shí)間與煤體沖擊傾向性能的相互關(guān)系,發(fā)現(xiàn)浸水時(shí)間對(duì)煤樣沖擊傾向性的

干燥砂巖下應(yīng)變率敏感性的差異 袁璞和馬瑞秋[44]研究了四種含水煤礦砂巖的動(dòng)態(tài)力學(xué)特征,發(fā)現(xiàn)裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展阻力與砂巖試件含水率密切相關(guān),含水率越大,其擴(kuò)展能力越大,砂巖動(dòng)態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度隨試件含水率呈冪函數(shù)增長(zhǎng) 王文等[45]基于改進(jìn)后的 SHPB 試驗(yàn)裝置,研究飽水 0~7 天煤樣的沖擊試驗(yàn),分析含水煤體在不同軸壓和動(dòng)載荷下的能量耗散規(guī)律,以及破壞特征 此后,他又通過蒙納什大學(xué)的真三軸動(dòng)靜組合霍普金森壓桿系統(tǒng)(如圖 1.4)對(duì)自然和飽水 7 d 的 52×52×52 mm立方體煤樣進(jìn)行分組試驗(yàn)[46],探討了中間主應(yīng)力變化及煤樣含水狀態(tài)對(duì)其動(dòng)態(tài)強(qiáng)度的影響特征,發(fā)現(xiàn)表明煤樣的破壞過程在相同動(dòng)載沖擊作用下表現(xiàn)出應(yīng)力約束依賴性

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3610036