液氮作用下冻结态与融化态煤体力学特征及劣化机理研究

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2022.0320

采矿与安全工程学报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (2): 395-406.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0320

液氮作用下冻结态与融化态煤体力学特征及劣化机理研究

秦雷,马超,李树刚,林海飞,王平

1. 西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;
2. 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西西安710054

出版日期:2024-03-15 发布日期:2024-03-18
通讯作者: 秦雷，E-mail： qinlei@xust.edu.cn Tel： 13279251936
作者简介:秦雷(1991— ),男,山东省济宁市人,博士,副教授,从事非常规天然气开采方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51904237);博士后国际交流计划派出项目(PC2021064);中国博士后科学基金特别项目(2020T130522)

Study on mechanical characteristics and deterioration mechanism of frozen and melted coal under the action of liquid nitrogen

Online:2024-03-15 Published:2024-03-18

摘要/Abstract

摘要： 液氮可通过改变煤层内部结构从而影响煤体力学性能。为研究液氮作用下煤体劣化机理,以冻结态和融化态煤样为研究对象,采用扫描电镜观测煤体内部裂隙形态,通过开展巴西劈裂试验、单轴抗压试验测得其力学特征变化。研究结果表明:单次冻结50 min以上,煤体抗拉、单轴抗压强度增加,随着冻结时间增长,煤体强度、弹性模量呈先增后减趋势;冻融循环次数增加,煤体力学性能降低,初期(0～10循环)降幅较大,后趋于平缓;冻融循环造成的煤体损伤更严重,融化态煤样更易形成致密裂隙网格;为评价不同状态煤体冻融损伤,计算相对弹性模量E,拟合冻融次数和相对抗拉强度σ_s、相对抗压强度σ_u的关系,随着冻融次数增加,E、σ_s和σ_u均在冻融初期大幅下降,后趋于平缓,且融化态煤体后期降低幅度大于冻结态煤体。

关键词: 巴西劈裂, 单轴压缩, 力学强度, 脆性破坏, 破坏应变

中图分类号:

TD 712

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液氮作用下冻结态与融化态煤体力学特征及劣化机理研究

Study on mechanical characteristics and deterioration mechanism of frozen and melted coal under the action of liquid nitrogen

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