采矿与安全工程学报 ›› 2021, Vol. 38 ›› Issue (5): 1005-1014.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2021.0136

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脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律分析

来兴平,方贤威,单鹏飞,崔峰,陈建强,张帅,刘旭东   

  1. 1.西安科技大学能源学院,陕西 西安 710054;2.西部煤炭绿色安全开发国家重点实验室,陕西 西安 710054; 3.神华新疆能源公司,新疆 乌鲁木齐 831499
  • 出版日期:2021-09-15 发布日期:2021-09-28
  • 作者简介:来兴平(1971— ),男,宁夏回族自治区平罗县人,教授,博士生导师,主要从事煤矿开采及岩石力学方面的研究。
  • 基金资助:
    陕西省自然科学基础研究计划企业联合基金项目(2019JLZ-04);国家自然科学基金项目(51874231);国家自然科学基金青年基金项 目(51904227)

Failure mode and phased energy accumulation and release law of brittle holey coal samples during loading

  • Online:2021-09-15 Published:2021-09-28

摘要: 能量蓄积和释放是煤岩变形破坏的本质属性,含孔煤岩破坏模式及能量蓄积释放规律的认 识对裂纹发育演化、巷道硐室围岩稳定性以及动力学灾害防控至关重要。为了得到脆性孔洞煤样 承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律,通过开展单轴压缩试验,运用高速摄像机和声发射 监测系统分别对承载煤样的破坏过程及内部损伤演化信息进行监测,并对煤样力学特性、破坏模 式以及能量蓄积释放规律等进行分析。研究结果表明:含孔煤样脆性发生降低,单轴抗压强度和 弹性模量等力学参数均发生了劣化,平均峰值应变却有所增加。完整和含孔煤样均为典型的拉伸 破坏模式,含孔煤样裂纹发育和破坏形式更加复杂。完整和含孔煤样在初始压密阶段、弹性阶段、 稳定破坏阶段、非稳定破坏阶段及峰后破坏阶段的能量演化规律大致相同,但完整煤样峰值破坏 瞬间各项能量均高于含孔煤样,完整煤样弹性阶段蓄能时间持续较长,非稳定破坏阶段释能时间 持续较短,含孔煤样刚好相反。孔作为初始缺陷不仅对煤样强度具有劣化作用而且改变了煤样蓄 能和释能的持续时间,降低了弹性能的积聚和释放速率,降低了峰值破坏时的剧烈程度。孔的存 在也改变了煤样峰后力学特性,降低了其脆性,提高了煤样平均残余强度,延长了峰后破坏时间, 降低了平均峰后割线模量。这为钻孔卸压防治动力灾害提供了科学依据。

关键词: 能量蓄积释放, 孔洞, 破坏模式, 声发射, 动力灾害防控

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