瓦斯爆炸與煤巖動(dòng)力災(zāi)害造成的巷道圍巖失穩(wěn)破壞,是井下救援工作開(kāi)展所面臨的障礙。巷道圍巖是由煤層與頂?shù)装鍘r層組合而成的煤巖復(fù)合結(jié)構(gòu),以往對(duì)這種復(fù)合結(jié)構(gòu)在動(dòng)載荷作用下的損傷失穩(wěn)機(jī)制缺少深入研究。本文利用MTS伺服壓力機(jī)和霍普金森壓桿系統(tǒng)（SHPB）,研究了復(fù)合煤巖體的力學(xué)性能和破壞特征,考慮了組合類(lèi)型、煤巖比例和角度的結(jié)構(gòu)影響,同時(shí)研究了沖擊速度、圍壓以及沖擊方向的外在影響,主要研究發(fā)現(xiàn)如下:（1）煤相較于巖石,其靜態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線有明顯的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的壓密階段,就破壞而言,煤主要為壓剪破壞,巖石則呈劈裂破壞。不同于靜態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線,復(fù)合煤巖的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線沒(méi)有明顯的壓密階段,同時(shí)卸載后出現(xiàn)應(yīng)變回彈現(xiàn)象。（2）復(fù)合煤巖的靜態(tài)抗壓強(qiáng)度在數(shù)值上約等于其組成煤、巖強(qiáng)度的均值,煤所占比例越大,則壓密階段越長(zhǎng),抗壓強(qiáng)度、彈性模量和屈服應(yīng)變?cè)叫?當(dāng)煤、巖強(qiáng)度相差較大時(shí),組合交界面兩側(cè)巖石破壞程度相差較大,表現(xiàn)為煤的破碎程度大于巖石的。此外,當(dāng)煤巖結(jié)合角度小于45°時(shí),復(fù)合煤巖破壞形式為軸向劈裂破壞,結(jié)合角度為45°時(shí),剪切與劈裂破壞并存,而結(jié)合角度為60°和90°時(shí),破壞形式主要為沿交界面的剪切... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：95 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

MTS伺服壓力機(jī)Figure2-1MTSservopress

2復(fù)合煤巖的靜態(tài)力學(xué)性能及破壞特征9圖2-2復(fù)合煤巖試樣示意圖Figure2-2Schematicdiagramofcombinedcoalandrocksamples對(duì)于靜載荷加載破壞，復(fù)合煤巖的力學(xué)性能作如下假設(shè)：（1）巖石與煤樣界面存在粘結(jié)力，復(fù)合煤巖試樣在載荷作用下變形后，相鄰巖體與煤巖的界面不發(fā)生相對(duì)滑移。（2）各巖石的彈性模量、泊松比、抗壓強(qiáng)度和最終破壞程度各不相同。（3）忽略煤巖界面粘結(jié)物質(zhì)的寬度，認(rèn)為煤巖復(fù)合體的組分直接粘結(jié)在一起[54]�；谏鲜鋈c(diǎn)假設(shè)，對(duì)于復(fù)合煤巖試樣抗壓性能進(jìn)行研究，許多研究學(xué)者采用黏合劑粘合煤巖界面[50]，以保證試樣在測(cè)試過(guò)程中試樣的完整性，防止滑移及不平整接觸造成的實(shí)驗(yàn)誤差。以往研究中，煤巖結(jié)合體試樣制作中使用的粘接劑種類(lèi)較多，如強(qiáng)力膠[55]、乳膠粘接劑[56,57]、強(qiáng)力粘接劑[58]、502粘接劑[16]、AB粘接劑[59]等。本次試驗(yàn)采用不飽和聚酯樹(shù)脂的云石膠，此膠多用于粘結(jié)石材及修補(bǔ)裂縫，在硬度、韌性、耐候、耐腐蝕等方面較為突出，粘接效果較好。圖2-3為粘合后的復(fù)合煤巖試樣及與拼接用的煤、巖試樣示意圖，其中拼接指不用粘合劑、直接將兩塊試樣垂直堆疊在一起。在進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)之前，為進(jìn)一步驗(yàn)證云石膠黏合劑粘合試樣與拼接試樣的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)特性的相似性，同時(shí)驗(yàn)證云石膠的粘接不會(huì)對(duì)復(fù)合煤巖試樣的靜態(tài)力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響，在加載速率為0.3kN/s的條件下進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)三次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2-1和圖2-4。圖2-3粘合與拼接復(fù)合煤巖試樣示意圖Figure2-3Schematicdiagramofbondedandsplicedcombinedcoalandrock

2復(fù)合煤巖的靜態(tài)力學(xué)性能及破壞特征9圖2-2復(fù)合煤巖試樣示意圖Figure2-2Schematicdiagramofcombinedcoalandrocksamples對(duì)于靜載荷加載破壞，復(fù)合煤巖的力學(xué)性能作如下假設(shè)：（1）巖石與煤樣界面存在粘結(jié)力，復(fù)合煤巖試樣在載荷作用下變形后，相鄰巖體與煤巖的界面不發(fā)生相對(duì)滑移。（2）各巖石的彈性模量、泊松比、抗壓強(qiáng)度和最終破壞程度各不相同。（3）忽略煤巖界面粘結(jié)物質(zhì)的寬度，認(rèn)為煤巖復(fù)合體的組分直接粘結(jié)在一起[54]�；谏鲜鋈c(diǎn)假設(shè)，對(duì)于復(fù)合煤巖試樣抗壓性能進(jìn)行研究，許多研究學(xué)者采用黏合劑粘合煤巖界面[50]，以保證試樣在測(cè)試過(guò)程中試樣的完整性，防止滑移及不平整接觸造成的實(shí)驗(yàn)誤差。以往研究中，煤巖結(jié)合體試樣制作中使用的粘接劑種類(lèi)較多，如強(qiáng)力膠[55]、乳膠粘接劑[56,57]、強(qiáng)力粘接劑[58]、502粘接劑[16]、AB粘接劑[59]等。本次試驗(yàn)采用不飽和聚酯樹(shù)脂的云石膠，此膠多用于粘結(jié)石材及修補(bǔ)裂縫，在硬度、韌性、耐候、耐腐蝕等方面較為突出，粘接效果較好。圖2-3為粘合后的復(fù)合煤巖試樣及與拼接用的煤、巖試樣示意圖，其中拼接指不用粘合劑、直接將兩塊試樣垂直堆疊在一起。在進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)之前，為進(jìn)一步驗(yàn)證云石膠黏合劑粘合試樣與拼接試樣的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)特性的相似性，同時(shí)驗(yàn)證云石膠的粘接不會(huì)對(duì)復(fù)合煤巖試樣的靜態(tài)力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響，在加載速率為0.3kN/s的條件下進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)三次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2-1和圖2-4。圖2-3粘合與拼接復(fù)合煤巖試樣示意圖Figure2-3Schematicdiagramofbondedandsplicedcombinedcoalandrock

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]煤與瓦斯突出、沖擊地壓復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害一體化研究[J]. 潘一山.  煤炭學(xué)報(bào). 2016(01)
[2]傾斜薄煤層切頂巷預(yù)裂頂板防治沖擊礦壓技術(shù)研究[J]. 何江,竇林名,鞏思園,毛衛(wèi)民,王桂峰.  煤炭學(xué)報(bào). 2015(06)
[3]一維動(dòng)靜加載下組合煤巖動(dòng)態(tài)破壞特性的試驗(yàn)分析[J]. 劉少虹,秦子晗,婁金福.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2014(10)
[4]動(dòng)靜加載下組合煤巖的應(yīng)力波傳播機(jī)制與能量耗散[J]. 劉少虹,毛德兵,齊慶新,李鳳明.  煤炭學(xué)報(bào). 2014(S1)
[5]爆破開(kāi)挖擾動(dòng)作用下深埋隧洞的微震分布規(guī)律[J]. 趙周能,馮夏庭,焦凱,陳天宇.  東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(08)
[6]不同傾角貫穿節(jié)理類(lèi)巖石試件峰后變形破壞試驗(yàn)研究[J]. 李樹(shù)忱,汪雷,李術(shù)才,韓建新.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2013(S2)
[7]高地應(yīng)力硬巖礦山誘導(dǎo)致裂非爆連續(xù)開(kāi)采初探——以開(kāi)陽(yáng)磷礦為例[J]. 李夕兵,姚金蕊,杜坤.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2013(06)
[8]兩體巖石結(jié)構(gòu)沖擊失穩(wěn)破壞的數(shù)值模擬[J]. 鄧緒彪,胡海娟,徐剛,李曉婷,陳鳳英.  采礦與安全工程學(xué)報(bào). 2012(06)
[9]不同傾角組合煤巖體的強(qiáng)度與破壞機(jī)制研究[J]. 郭東明,左建平,張毅,楊仁樹(shù).  巖土力學(xué). 2011(05)
[10]深部煤巖單體及組合體的破壞機(jī)制與力學(xué)特性研究[J]. 左建平,謝和平,吳愛(ài)民,劉建鋒.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2011(01)

博士論文
[1]動(dòng)載沖擊地壓機(jī)理分析與防治實(shí)踐[D]. 劉少虹.煤炭科學(xué)研究總院 2014



本文編號(hào)：3523988