型煤试件饱水后的力学特性分析.pdf

麦 ．媳 器 娥技 1 6 l 型煤试件饱水后的力学特性分析 王敬垫 重庆科技学院安全工程学院，重庆4 0 1 3 3 1 摘要 本文通过试验手段 ，研 究型煤试件饱水前后 的力学特性 变化 ，主要 的观测参数 为最大轴 向力 ，分析重点是特性 曲 线的变化趋势。分析可得，型煤试件饱水后，对比泡水前最大轴向力变小，同时没有轴向力到达峰值后减小的趋势。 关键字型煤水弱化力 学特性 中图分类号P 5 7 4 ． 1 2 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ．2 0 1 6 ．0 4 ． 0 6 6 Ana l y s i s o f t he m e c ha ni c a l pr o pe r t i e s o f m o ul de d c o a l s pe c i m e ns a f t e r s a t ur a t i o n W a n g J i n g． k u n S c h o o l o f s a f e t y e n g i n e e r i n g ， C h o n g q i n g Un i v e r s i ty o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , C h o n g q i n g 4 0 1 3 3 1 Ab s t r a c t Th i s p a p e r b y me a n s o f e x p e r i me n t ， s t u d i e d t h e c h a n g e o f me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e b r i q u e t t e t e s t p i e c e s o f the b e f o r e a n d a f t e r o f th e s a t u r a t i o n ， t h e ma i n o b s e r v a t i o n p a r a me t e r s i s the ma x i mu m a x i a l f o r c e ， the k e y a n a l y s i s i s the c h a n g e t e n d e n c y o f the c h ara c t e r i s t i c c u r v e ． An a l y s i s o f b riq u e t t e t e s t a f u l l wa t e r , the ma x i mu m a x i a l f o r c e b e c o me s s ma l l e r c o mp a r e d wi t h a ft e r t h e s a t u r a t i o n ， a n d t h e r e i s n o the d e c r e a s i n g t r e n d o f t h e a x i a l f o r c e a f t e r r e a c h i n g th e p e a k v a l u e ． Ke y wo r d s mo u l d e d c o a l wa t e r we ak e n i n g m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s 随着开采深度增加 ，地下水压的不断增大，开 采过程中的突水问题越发复杂。提高水害事故的预 警监测能力有助于减小煤矿开采过程 中的危险程 度 ，降低水害的损失 ] 。 在煤岩体遇水弱化的实验室研究方面，除了直 接取出煤样制成原煤试件进行试验外 ，近年来用煤 粉制成型煤试件也逐渐被用于试验。 本文主要通过对型煤试件饱水前后三轴试验的 特性曲线 ，分析比较型煤试件在最大轴向力和特性 曲线变化趋势两方面的不同。 1 试验装置与方法 1 ． 1 试 验装 置 试验采用微机控制电液伺服三轴试验机，仪器 可用于煤 、岩石 、岩盐等试样的三轴实验，由计算 机测控系统、液压站、主机等部分组成。其中液压 站用于提供系统动力，计算机测控系统用于控制电 液伺 服加载，试件放于主机 内，并在计算机控制 下进行试件加卸载实验。试验机 的最 大轴 向力为 4 0 0 k N，最大围压为 3 0 k N。 收稿 日期2 0 1 5 1 2 3 0 作者简 介王 敬垫 1 9 9 1 ． ，女 ，在 读工程 硕士 ，主要 研 究方 向为安全技术与 工程 。 1 ． 2 试件 制备 本次试验试件制备方法如下 将原煤煤样用粉煤机将其粉碎，并用筛网进行 颗粒筛选， 选取不同粒径的筛网筛出4 0目、 6 0目、 8 0目 0 ． 1 7 7 ～ 0 ． 4 2 5 m m三种规格的煤粉，并将筛 好的煤粉倒入标准模具内，在 2 0 0 0 k N材料试验机 上以 1 0 0 MP a的成型压力稳定 3 0 mi n 后 ，压制成直 径 5 0 mm、高为 1 0 0 mm的成型煤试件。为了真实模 拟原煤试件的渗流特性，型煤试件内不添加任何黏 结剂 ，只加入适量水 ，型煤试件大小按照国际岩石 力学学会标准制备 口 】 。 1 - 3 试验 方 法及 步 骤 本次试验方案为简单对比试验，仅设置型煤试 件在未经水浸泡和饱水两种条件下的三轴试验，主 要试验步骤为 1 按要求制备型煤试件； 2 将试件分为两组 ，一组不做任何处理，另一组放入 水 中浸泡，直至试件饱水 ； 3 记录试件 的尺寸 等基本信息 ， 分别进行三轴试验 ， 直至试件破坏． 4 整理试验数据 ，分别选取未处理和饱水两个条件下 效果较好的一组进行分析。 三轴试验的方法为 1 检查仪器是否可以 正常运行 ，并将试件按要求安装于仪器内； 2 1 6 2 a , j ，七 蔓 磊 舛枝 2 0 16 年 第 4 期 增加围压至 3 MP a ，并保持不变； 3 以位移控制 的方法逐步加载轴压 ，直至试件破坏； 4 按操 作规定泄压并取下试件。 2 试验结果及分析 2 ． 1 试验 结 果 试验结束后由电脑软件导出数据 ，分析处理后 可分别得到未浸水和饱水后的位移 ． 轴向力图如图 1 、图 2 。 图 1 未处理试件位移 一 轴 向力图 图 2 饱 水试 件 位 移 一轴 向力 图 2 ． 2 结果 分析 处理得到的数据并生成折线图．可从以下两个 方面分析 。 1 最大轴 向力。对 比图中纵坐标轴 向力， 可明显看出，未处理的试件最大轴向力大于饱水试 件 ，未处 理 试件 的最大 轴 向力 约 为 3 2 k N，而饱 水 试件约为 2 6 k N。由此可见水对型煤试件轴向力有 明显的弱化作 用 。 2 变化趋势。未处理试件在轴压逐渐增加 的过程中，发生形变 ，当轴压增大至临界值时试件 被破坏，破坏后的试件所受的轴向力有减小的趋势 ， 并未能超过临界值；饱水试件在轴压增加的过程中， 同样发生形变，当轴压增加至临界值时，试件被破 坏 ，但破坏后的试件所受轴向力依然成增大趋势。 对比两个图的变化趋势，未处理与饱水试件的 主要区别为达到临界值后的趋势，饱水试件破坏后所 受轴 向力可以继续增加 ，分析可得原因为饱水后 的 型煤试件由于受水的弱化，导致力学性质发生改变。 3 总 结 本次试验方案较为简单 ，主要研究实验室内型 煤试件在饱水前后的特性变化，由试验数据分析可 得 到以下 两方面的结论 1 型 煤试 件饱 水后 ，对 比泡 水前 最 大轴 向 力 明显变小 。 2饱水试件破坏后所受轴 向力继续增加， 而未处理试件破坏后所受 的轴 向力有减小 的趋势 。 同时参考其他研究 [3 - 5 ] ，型煤试件与原煤试件的 空隙体积、峰值强度以及变形程度等方面虽然有一 定的差异，但是他们的变化规律却较为一致，因此 ， 可以用型煤试件代替原煤试件进行渗透方面的试验 研究 ，且型煤试件具有制作方便和 良好的重复性等 优势 ，利 于后续试 验的展 开。 【 参考文献 】 [ 1 ] 蔡美峰 ． 岩石力学与X - 程 [ M】 ． 科学出版社，2 0 0 6 ． [ 2] 中华人民共和国煤炭工业部 ． 煤与岩石物理力学性 质测定方法[ M】 ． 北京中国标准出版社，1 9 8 8 3 2 33 ． [ 3] 孙培德，凌志仪 ． 三轴应力作 用下煤渗透 率变 化规律 实验 [ J ] ． 重庆大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 0 ，2 3 增 2 8 3 1 ． [ 4] 吴迪，孙可明 ． 不同温度条件下型煤吸附C H4 ／ C O， 混合 气的实验研 究 [ J ] ． 岩石力学与工程学报 ， 2 0 1 3 ， z 2 3 2 9 1 - 3 2 9 6 [ 5] 胡雄 ，梁为 ，侯 厶靖 等 ． 温度 与应 力对原煤 、型 煤渗透特性影响的试验研究 【 J 】 ． 岩石力学与．Y - 程 学报 ，2 0 1 3 ，3 1 f 6 1 2 2 2 1 2 2 9 上接 第 1 5 8页 4主要措施 1 对地质及水文地质条件不清和物探存在 异常的区域编制专项钻探方案 ，查明地质构造情况 及异常 区域富水 、导水等情况 。 2工作面回采前采用瞬变 电磁法探测工作 面内地质及水文地质条件。 3加强采区水仓 的及时清挖及排水管路系 统的维护 ，确保涌水及时排出。 4采掘工作面靠近或穿过落差大于 2 0 m断 层时，严格按照 煤矿防治水规定防隔水煤 岩 柱的尺寸进行留设 ，需要穿过断层时，靠近断层要 利用物探、钻探手段 ，提前做好探测工作 ，确保防 治水安全工作。