單軸壓縮狀態(tài)下含瓦斯煤巖力學(xué)特性試驗(yàn)研究_圖文

1、 132采礦與安全工程學(xué)報(bào)第27卷加,因此煤柱的安全穩(wěn)定問題成為關(guān)系著井下采煤工程安全與否的關(guān)鍵問題,而留設(shè)的煤柱又多處于單向受載情況下一可認(rèn)為處于單軸壓縮狀態(tài)下,故研究單軸壓縮情況下含瓦斯煤樣的力學(xué)性質(zhì),對(duì)于維護(hù)井下煤柱有效性、地下采掘空間的安全及瓦斯災(zāi)害的防治均具有重要實(shí)際意義.國(guó)內(nèi)外關(guān)于煤體變形特性研究較多,但多集中在不含瓦斯煤巖體的單軸、三軸壓縮狀態(tài)下的變形特性及含瓦斯煤巖體三軸壓縮狀態(tài)下的變形特性方面的研究口1.由于含瓦斯煤樣的單軸壓縮試驗(yàn)要求煤樣內(nèi)必須確實(shí)存在瓦斯,且單軸壓縮情況下煤樣內(nèi)保存瓦斯難度較大,因而其實(shí)現(xiàn)存在較大難度.本文設(shè)計(jì)的含瓦斯煤樣單軸壓縮的試驗(yàn)方案,以一定瓦斯壓力

2、下飽和吸附瓦斯后的煤樣為研究對(duì)象,對(duì)試驗(yàn)用樣采取一系列保護(hù)措施,使得殘存瓦斯確實(shí)存在于試驗(yàn)煤樣中,從而實(shí)現(xiàn)含瓦斯煤樣的單軸壓縮試驗(yàn)研究.設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案實(shí)現(xiàn)了含瓦斯煤樣的單軸壓縮試驗(yàn),且研究成果是對(duì)含瓦斯煤樣單軸壓縮試驗(yàn)研究這部分內(nèi)容進(jìn)行有益的補(bǔ)充.1試驗(yàn)儀器及方案本文試驗(yàn)所用儀器主要為MTS815巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng).該試驗(yàn)系統(tǒng)主要可以測(cè)試各種固體材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)以及滲流特性,且可進(jìn)行巖石的抗拉試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)、常溫和高溫下的三軸試驗(yàn)、循環(huán)壓縮試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、滲透性試驗(yàn)等.試驗(yàn)用煤巖試件如圖1所示.圖1試驗(yàn)用煤巖試件Fig.1Coal sample used in test試驗(yàn)用樣取自某

3、礦煤層系的軟分層,該層質(zhì)軟、手捻可碎,曾發(fā)生過嚴(yán)重的煤與瓦斯突出事故.因此由該煤樣制備原煤試件難度較大,故實(shí)驗(yàn)用樣采用型煤試件.煤樣自井下采取后,運(yùn)至地面實(shí)驗(yàn)室,經(jīng)粉碎篩選,取顆粒2040目的煤粉經(jīng)加壓成型制成型煤試件.在制備過程中試件內(nèi)不添加任何黏結(jié)劑,目的是使試件保持與原煤試件性質(zhì)的高度相似性,成型壓力根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)選取100MPa,達(dá)到成型壓力后穩(wěn)定20min,目的是使試件受載充分并使試件內(nèi)部均勻.2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線研究根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果,得到了典型的單軸壓縮狀態(tài)下含瓦斯煤樣應(yīng)力一應(yīng)變特性曲線(瓦斯壓力O.2 MPa,如圖2,3所示.芒至R毯星暴量蠢基暴圖2含瓦斯煤樣單

4、軸壓縮應(yīng)力一應(yīng)變曲線Fig.2Stressstrain curve of coal containgas under uniaxial compression圖3含瓦斯煤樣單軸壓縮應(yīng)力一應(yīng)變一體積應(yīng)變曲線Fig.3Stress-strain?voIumetric strain curveof coal contain gas under uniaxial compression由圖可知:1含瓦斯煤樣的彈性及壓密階段不明顯.試件是經(jīng)過加壓成型的煤樣試件,其內(nèi)部的孔隙、裂隙較為均勻且孔隙裂隙非常細(xì)小,又加之其孔隙裂隙內(nèi)的瓦斯壓力作用,導(dǎo)致其在壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形量非常微小后即完成了試件壓密.2含瓦斯煤樣的線彈性階段維持時(shí)間較長(zhǎng),且線性較好.此階段內(nèi)可能是煤樣內(nèi)原有微小的孔 隙、裂隙在較大壓應(yīng)力作用下,發(fā)生了閉合和結(jié)構(gòu) 單軸壓縮狀態(tài)下含瓦斯煤巖力學(xué)特性試驗(yàn)研究作者:趙洪寶, 李振華, 仲淑姮, 羅燁作者單位:趙洪寶,仲淑姮,羅燁(中國(guó)礦業(yè)大學(xué),資源與安全工程學(xué)院,北京,100083, 李振華(中國(guó)礦業(yè)大學(xué),資源與安全工程學(xué)院,北京,100083;河南理工大學(xué),能源學(xué)院,河南,焦作454001刊名: 采礦與安全工程學(xué)報(bào)英文刊名:JOURNAL OF MINING AND SAFETY ENGINEERING年,卷(期: