【摘要】：為研究煤體在不同氣壓(含負壓)環(huán)境中的強度變化特征,采用實驗室試驗與理論分析相結合的研究手段,構建了負壓環(huán)境煤體力學實驗系統(tǒng),借助聲發(fā)射監(jiān)測技術,運用損傷力學、分形等先進理論知識,分析了氣壓、加載速率對煤體力學性質的影響規(guī)律,研究了負壓條件下受載破裂形態(tài)特征,揭示了煤體單軸受載損傷破壞負壓效應。(1)構建了負壓環(huán)境煤體力學實驗系統(tǒng),能夠開展不同氣壓(含負壓)環(huán)境下的單軸壓縮試驗,并能實現(xiàn)應力、位移、聲發(fā)射等參量的實時監(jiān)測。(2)開展了4種負壓環(huán)境下(0.030MPa、0.055MPa、0.070MPa、0.087MPa)的煤體單軸壓縮實驗,作為對比,設置了常壓(0.1MPa)和3種不同瓦斯壓力條件(0.2MPa、0.5MPa、1.0MPa)。實驗結果表明,隨著負壓的增大,煤體強度呈現(xiàn)增大趨勢,負壓環(huán)境中的煤體強度明顯高于常壓和含瓦斯環(huán)境下。(3)開展了不同氣壓、不同加載速率對煤體強度影響的力學實驗,設置0.001mm/s、0.005mm/s、0.01mm/s、0.05mm/s、0.1mm/s等5種加載速率,為對比研究,設置負壓(0.087MPa)、常壓(0.1MPa)、瓦斯(0.5MPa、1.0MPa)等4種環(huán)境。實驗結果表明,隨著加載速率的增加,煤體破碎程度逐漸變大,四種氣壓環(huán)境下煤體強度均呈對數(shù)關系降低。(4)分析了煤體單軸受載破壞過程的聲發(fā)射響應特征,并利用基于“歸一化”AE能量損傷演化的方法進行分析,得到了煤體受載破壞過程中的損傷演化規(guī)律。結果表明,隨著氣壓增大,煤體損傷變量逐漸增大;隨著加載速率的增大,損傷變量則先增大后減小。(5)采用分形理論中盒維數(shù)的計算方法,分析了煤體單軸受載破壞后的裂隙形態(tài)特征。結果表明,隨著氣壓增大,裂隙分維數(shù)呈對數(shù)關系增加;隨加載速率增大,裂隙分維數(shù)先增大后減小,此結果與損傷變量的變化趨勢結果一致。通過開展不同氣壓、加載速率下煤體單軸壓縮的實驗,運用損傷力學、分形等學科知識開展了理論研究,初步揭示了煤體單軸受載損傷破壞負壓效應規(guī)律。圖[187]表[9]參[57]
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD315
【圖文】：

2 實驗系統(tǒng)構建與方案不同氣壓下的力學實驗，構建了負壓環(huán)境力學實驗系統(tǒng)。系統(tǒng)的功能與結構，并給出了課題的實驗研究方案。系統(tǒng)構建境煤體力學實驗系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集儀、力學加載系統(tǒng)壓控制裝置，其中負壓控制裝置還包括實驗腔體、負壓泵、2-1 與 2-2 所示。

其中負壓控制裝置還包括實驗腔體、負壓泵、2-1 與 2-2 所示。圖 2-1 實驗系統(tǒng)結構圖Figure 2-1 Structure diagram of the experimental system

（1）力學加載系統(tǒng)力學加載系統(tǒng)采用 UTM4204 微機控制電子萬能試驗機，如圖 2-2 所示。采用基于高速 DSP 平臺的試驗機數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有全數(shù)字閉環(huán)控多通道采集等功能。（2）負壓控制裝置負壓控制裝置包括負壓泵、實驗腔體、高壓氣瓶、壓力表等，如圖 2-3 所負壓泵主要控制負壓，對實驗腔體進行抽真空處理；高壓氣瓶為實驗腔斯，并通過減壓閥來調控瓦斯壓力。

【參考文獻】

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本文編號：2790670