水力耦合作用下煤岩物理力学特性研究.pdf

万方数据 万方数据 论文题目水力耦合作用下煤岩物理力学特性研究 学科名称工程力学 硕 士 生薛特 签名 指导教师张嘉凡 签名 摘 要 采矿工程中煤岩体总是处在一定的地质环境中，由于地质赋存条件复杂，使得煤岩 体同时受到水、 荷载等多种因素的影响。 目前针对单因素影响煤岩强度问题的研究较多， 对多因素耦合作用下的研究相对较少， 因此对水力耦合作用下煤岩力学特性研究具有重 要的理论和工程实用价值。本文以凉水井煤矿原煤的浸润试验和单轴压缩试验为基础， 得到了煤岩的主要物理力学参数，采用试验分析与损伤力学理论相结合的方法，较为系 统地研究了煤岩在不同浸润时间和荷载作用下的力学特性以及损伤演化规律。 将原煤加工成标准试件，通过纵波波速将试件分为 6 组，将煤岩试件浸入水中，针 对不同浸润时间（0 天、10 天、20 天、30 天、40 天、50 天）下的试件进行单轴压缩试 验，分析试件质量、弹性模量、峰值应力、峰值应变、纵波波速随着浸润时间的变化规 律。 分别采用 Weibull 和 Poisson 分布描述煤岩微元强度的随机特性， 建立煤岩的损伤模 型，通过试验数据验证了模型的合理性，并对比分析了两种不同随机分布的损伤模型在 描述煤岩损伤弱化过程中的差异。通过水力耦合作用下煤岩的试验数据，验证了理论模 型的正确性， 结果表明试验数据与理论模型较为相符， 可以为实际工程提供一定的借鉴。 对煤岩水力耦合作用损伤本构模型进行了修正， 修正后的模型能够较好地反映煤岩 应力应变曲线峰后段的变化情况，更精准的描述了煤岩峰后段的应力应变关系；分析了 修正系数对煤岩损伤特性及应力应变曲线的影响规律，讨论了模型参数的物理意义。利 用试验数据对煤岩修正损伤本构模型进行了验证，结果表明，选择恰当的修正系数，可 以较好的反应煤岩峰后段的力学特性。 关 键 词煤岩；浸水；单轴压缩；损伤演化；本构模型 研究类型应用研究 万方数据 万方数据 Subject The experimental study on the physical and mechanical properties of coal under the environment of soak environment Specialty Engineering Mechanics Name Xue Te Signature Instructor Zhang Jia-fan Signature ABSTRACT Coal and rock mass is always in a certain geological environment during mining engineering, due to the complex conditions of occurrence, making the coal affected by flooding, load and other factors at the same time. At present, there are many researches on the single factor influencing the strength of coal and rock，and few studies on the coupling of multiple factors. So the study on the mechanical properties of coal under hydrodynamic coupling has important theoretical and practical value. Based on flooding test and uniaxial compression test of raw coal in Liang shui coal mine, the main mechanical parameters of coal and rock are obtained. Based on the combination of damage mechanics theory and experimental study, the mechanical properties and damage evolution laws of coal and rock under different immersion time and load are systematically studied. The site of raw coal processing into a standard specimen, Uniaxial compression test of different coal rock specimen under immersion time by measuring the longitudinal wave velocity group. The relationship between water quality, elastic modulus, peak stress, peak strain and longitudinal wave velocity is discussed and discussed with the experimental data. The Poisson distribution damage variables are deduced, and the Weibull and Poisson distributions are used to describe the stochastic properties of the coal - rock micro – strength. The damage model of coal and rock is established, and the rationality of the model is verified by the experimental data. The differences between the two different random distributions in describing the compression and failure of coal. The physical and mechanical properties of coal rock specimens under hydrodynamic coupling are studied experimentally, and the combination of theory and experiment is studied. The damage data of damage process of coal and rock under the action of hydraulic coupling are in good agreement with the theory, which can provide some reference for practical engineering. 万方数据 The damage evolution equation and damage constitutive relation of coal and rock under hydrodynamic coupling are established and modified. The physical meaning of the model parameters is analyzed and discussed, The constitutive model of rock damage was validated by flooding test data. The results show that which can reflect the change of the stress and strain curve of coal and rock and more accurately describe the coal stress after the peak stress strain. Key words Coal and Rock; Soaking; Uniaxial Compression; Damage Evolution Thesis Application Research 万方数据 目录 I 目录 1 绪论 ......................................................................................................... 1 1.1 选题的背景及研究的意义 ............................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ............................................................................ 1 1.2.1 水对岩石力学性质的影响研究 ........................................... 1 1.2.2 岩石损伤本构模型研究 ...................................................... 3 1.3 本文研究的主要内容 ..................................................................... 4 2 水对煤岩强度损伤弱化试验 .................................................................... 6 2.1 试验方案 ....................................................................................... 6 2.1.1 试件的制备 ......................................................................... 6 2.1.2 试验步骤 ............................................................................. 7 2.2 煤岩试件浸润试验 ........................................................................ 8 2.2.1 基本参数的测定 .................................................................. 8 2.2.2 含水率的测定 ..................................................................... 8 2.2.3 浸润时间对煤岩试件质量的影响 ...................................... 10 2.2.4 声波测试原理及试验 ........................................................ 11 2.2.5 浸润时间对煤岩试样纵波波速的影响 .............................. 13 2.2.6 含水率与浸润时间的关系 ................................................. 14 2.3 浸润煤岩单轴压缩力学特性试验 ................................................ 15 2.3.1 单轴压缩试验 ................................................................... 15 2.3.2 浸润时间对煤岩力学特性的影响 ...................................... 19 2.4 小结 ............................................................................................. 22 3 水力耦合作用下煤岩损伤本构关系 ....................................................... 24 3.1 损伤力学基本理论 ...................................................................... 24 3.2 基于 weibull 统计分布的煤岩损伤模型 ...................................... 25 3.2.1 荷载作用下煤岩损伤本构方程 ......................................... 25 3.2.2 水力耦合作用下煤岩损伤本构关系 .................................. 27 3.3 基于 Poisson 统计分布的煤岩损伤模型 ...................................... 29 3.4 模型验证及对比 ......................................................................... 32 3.5 小结 ............................................................................................. 33 4 水力耦合作用下损伤本构模型的修正 ................................................... 34 4.1 荷载作用下煤岩损伤本构模型的修正 ........................................ 34 4.2 水力耦合作用下煤岩损伤本构模型的修正 ................................. 35 万方数据 目录 II 4.2.1 煤岩修正损伤模型的建立 ................................................. 35 4.2.2 模型参数的确定 ................................................................ 36 4.3 修正模型的对比及分析 ............................................................... 37 4.3.1 修正模型与试验曲线的对比 ............................................. 37 4.3.2 修正系数对煤岩总损伤变量及总损伤演化率影响分析 .... 40 4.3.3 修正系数对本构模型影响分析 ......................................... 43 4.4 煤岩损伤本构模型参数的讨论 .................................................... 44 4.5 小结 ............................................................................................. 48 5 结论及展望 ............................................................................................ 50 5.1 结论 ............................................................................................. 50 5.2 展望 ............................................................................................. 51 致谢 .......................................................................................................... 52 参考文献 .................................................................................................. 53 万方数据 1 绪论 1 1 绪论 1.1 选题的背景及研究的意义 能源是国家的经济命脉，在国民经济中起着重要作用，长期以来在我国一次性能源 生产和消费中，煤炭所占比例一直保持在 70左右。随着工业、农业和第三产业的高速 发展必然导致能源需求的不断增涨，因此在相当长的一段时期内，煤炭仍然是我国占主 导地位的能源。 煤岩作为一种结构和力学性质较为复杂的岩石， 其开采的基础离不开煤岩强度的研 究。煤岩的强度又与水、温度以及荷载等因素息息相关，其中水对煤岩强度的影响最为 显著。煤层注水是解决采矿工程中水压致裂、瓦斯抽放、顶煤弱化、防尘、防火、防冲 击矿压等问题的一种有效的方法，此外防水煤柱留设、采煤机割煤、顶煤冒放性研究等 也需研究水对煤岩强度的弱化作用。 在采矿工程中的煤岩体总是处在一定的地下环境中，经受着外界环境作用的影响， 地下水的作用是引起煤岩体弱化的主要因素。 目前水对煤岩损伤弱化的问题已经引起了 广大学者的重视，相关研究主要集中在考虑了干燥、含水率、饱和度等参数条件下岩石 的物理力学特性。但对于煤岩试件在浸水环境下饱和后的力学特性仍缺乏理论研究，而 实际工程中的煤岩可能长期处于浸润环境下。 因此研究水力耦合作用下的煤岩的损伤劣 化机理及本构模型，建立水力耦合作用下损伤本构关系，通过对水力耦合作用下煤岩的 本构方程进行了修正，提高理论曲线与试验曲线的吻合程度，能够为实际工程提供必要 的理论参考。 水力耦合作用下煤岩的损伤力学特性非常复杂，不同于单因素影响煤岩强度问题， 具有煤岩在水力耦合作用下自身的复杂性， 所以研究水力耦合作用下的煤岩的力学特性 很有必要， 在试验的基础上研究浸水作用下煤岩物理与力学特性对采矿工程具有重要理 论和工程意义，给工程建设提供了一定的理论基础。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 水对岩石力学性质的影响研究 水-岩相互作用由前苏联 A．M．OВЧИННИКОВ 于 20 世纪 50 年代提出[1]，1991 年和 1997 年沈照理在刊物上分别发表了“应该重视水-岩相互作用的研究”、“应该继续 重视与开展水-岩相互作用的研究”[2-4]； Colback 和 Wild[5-7]研究了不同含水率对沉积岩强 度和变形特性的影响，实验表明岩石从干燥到浸水饱和后，单轴抗压强度损失了 50； 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 2 Bueshtein 研究了俄罗斯石英砂屑和富含粘土矿物砂岩在含水率不同条件下的强度和应 变的变化规律。当富含粘土矿物砂岩的含水率从 0增长到 1.5，单轴抗压强度降低到 之前的 1/3；邓建华[8]等通过对不同含水率下的膏溶角砾岩压缩实验获得力学特性，实 验结果说明膏溶角砾岩的天然含水率决定其力学特性， 其中在实验过程中膏溶角砾岩含 水率越大，它的弹性模量、抗压强度就越小，泊松比越大。岩体内部孔隙水渗透过程及 其孔隙水压力的存在是造成岩石力学性质异常复杂的主要原因；1968 年 Brace[9]首次开 始了在应力状态基础上岩石渗透率的研究， 研究表明了岩石材料的破坏及其渗透性质演 化是一个与细观损伤演化和宏观裂纹产生密切相关的过程。国外的 Patsouls、Keighin[10] 等学者在这方面的工作局限于实验研究；孟召平[11-12]等基于含煤岩系主要几种岩石的单 轴和三轴压缩试验，分析了水对煤系岩石力学性质及冲击倾向性的影响；王军[13]等利用 对南京红山窑水利枢纽工程中的红砂岩进行直接剪切试验， 实验发现膨胀岩的黏聚力和 内摩擦角与含水量之间存在着良好的对数关系； 侯艳娟[14-16]等对不同类型不同饱水状态 下的软岩进行单轴和三轴压缩试验， 分别研究了不同饱水状态下软岩试样抗压强度和力 学参数的变化规律； 卢应发[17]等对大孔隙率砂岩在不同饱和液体情况下的力学特性进行 了试验研究，发现大孔隙率砂岩围压和饱和度存在临界状态；于德海和彭建兵[18]分别对 干燥和饱水状态的绿泥石片岩进行三轴压缩试验， 分析水对试样强度和变形特征的影响 及强度和变形指标与围压的关系。同时为了降低井下事故，关于煤岩力学特性室内试验 逐渐增多，专家学者得到了大量的成果。其中赵洪宝[19]通过研究单轴压缩作用下含瓦斯 煤岩力学性质，发现煤岩在整个应力应变曲线中阶段性明显，煤岩脆性破坏特性的增加 是由于瓦斯的存在引起的；傅雪海[20]等研究了多相介质煤岩力学性质，结果显示自然状 态下煤样各力学参数优于水饱和状态下的煤样。水饱和状态下的煤样优于水、气饱和煤 样； 李小春[21]等研究了围压较高与围压较低条件下的煤岩塑性特征； 刘宝琛[22]在调研国 外实验数据的基础上，对煤岩抗压强度尺寸效应公式进行了回归分析。 岩石的力学性质不仅由岩石本身结构、受力状态所决定，还受外界环境的影响，其 中包括浸水后的饱和程度、孔隙水压力等条件的影响[23-24]。在实际工程如采矿、水力建 设中不可避免存在有水对岩石的损伤破坏， 岩石被水浸入后各方面物理力学性质被削弱 将会影响工程安全，所以该问题受到众多国内外学者的重视和研究。陈钢林[25]等通过对 饱水度不同的岩石进行了单轴压缩试验，得出了不同饱水度与抗压强度的联系；常春[26] 等利用模糊神经网络分析研究了岩石屈服强度在静水压力作用下的力学特性和变化规 律； 孙均[27]等结合工程实际研究了饱水花岗岩的蠕变关系和饱水花岗岩抗拉强度与破坏 的时效性和历时性； 周翠英[28]等研究了软岩在浸水后对不同饱水状态岩石力学强度与缺 陷及细观结构的规律与联系； 孙强[29]等通过不同岩石物理力学特性试验得出不同岩石水 稳定性差异和不同岩石饱水后的力学特性强度降低的结果。此外，朱珍德、刘琦[30-31] 等通过实验根据岩石在孔隙水压力作用下力学参数的变化进行了研究和关系推导。 对煤 万方数据 1 绪论 3 岩体来说生成煤岩体的环境与其它岩体相比具有自身的特殊性。 所以煤岩的力学特性对 比其它岩体也具有特殊性[32]而煤岩力学性能的研究对煤矿开采工程应用亦具有重要作 用[33]。同时国内外学者提出了水力压裂裂缝形态、扩展特性的数学模型[34-35]。Bruno 和 Nakagawa[36]利用 Biot 理论研究孔隙水压力对岩石张性断裂的影响；Jeffrey[37]等用分离 裂缝模型模拟研究水压致裂过程。为了模拟研究煤储层的压裂特征唐书恒、颜志丰[38] 等进行了饱和含水煤岩单轴压缩破裂实验以及声发射测试得出按声发射及应力－应变 曲线特征，将煤岩压裂分为迸裂型、破裂型和稳定型；于岩斌、周刚、陈连军[39]等利用 MTS 电液伺服岩石试验系统对煤岩试件进行了饱水与自然两种状态下的单轴压缩与拉 伸试验。 结果发现， 与自然状态煤样相比， 饱水煤样单轴抗压强度、 弹性模量、 泊松比、 饱水抗拉强度、均有所降低。且当煤岩试件发生最后破坏时对应地时间也较短；刘凯、 种照辉、朱晨光[40]等，研究水对煤样声发射特征影响，对不同含水率煤样进行了的声发 射特征试验，得出水的存在改善了加载初期煤样的应力集中，减少了煤样破坏全过程内 部裂纹破坏次数和破坏强度。声发射信号发生跳跃前信号水平比较低，反映了内部能量 积累的一个过程。较大声发射信号均在显著应力降低发生时同步产生；夏冬、杨天鸿、 徐涛[41]等结合累积声发射数与损伤变量一致的观点， 建立了基于浸水时间的饱水岩石声 发射损伤模型；郭三平[42]研究了孔隙水与岩石强度之间的联系，得出孔隙水压力对岩石 的破坏速度是由岩石初始强度大小所决定的；谢吉尊、冯文凯、胡云鹏[43]等进行天然和 饱水状态下单轴和常规三轴压缩试验得出饱水状态对泥岩的变形强度； 张晋鄂[44]结合河 曲上炭水矿区 13101 工作面煤层状况，对该矿水力致裂注水参数进行分析，从而获得较 高的顶煤采出率；杨圣奇[45]根据岩石应变强度理论，损伤力学理论。假设岩石强度在满 足随机统计分布的条件下，建立了单轴压缩作用下岩石损伤统计本构方程。能够更好地 反映峰值应力后阶段的应力应变关系。 从上述国内外研究现状可以看出，目前的研究，主要集中在考虑了干燥、含水率、 饱和度等参数条件下岩石的物理力学特性。 在对于岩石在浸水环境下试件饱和后的力学 特性仍缺乏理论研究。 对于水力耦合作用下以浸水天数为单位的煤岩力学特性基本没有 研究，但由于实际工程结构煤岩可能长期处于浸水条件下，因此对于水力耦合作用下煤 岩物理力学特性的研究就显得更为急迫。本文主要通过煤岩试件浸水后单轴压缩实验， 获得了水力耦合作用下煤岩体的物理力学特性的变化规律。 1.2.2 岩石损伤本构模型研究 目前，国内外学者对本构模型进行了大量的研究，Weibull 和 Sahimi[46]等提出了 Weibull 统计假设理论，并研究了材料的最弱链强度理论；H.W.Zhou[47]等从岩石微元强 度破坏的统计特征出发，分别选取不同的统计分布变量及强度准则，建立了岩石损伤本 构模型；董毓利，谢和平[48]等提出了三参数的 Weibull 分布描述损伤；陈瑜海[49]用数值 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 4 计算与计算机图形技术相结合的方法求出岩石的损伤统计本构模型； 秦跃平[50]利用指数 分布定义损伤变量，以损伤应变能释放率为微元强度建立了损伤模型；曹文贵和方祖烈 [51]等在提出岩石微元强度的基础上，并假设微元强度服从 Weibull 分布，岩石破坏服从 Drucker-Prager 准则，建立了以已破坏微元体数目与总微元体数目之比为损伤变量的岩 石损伤软化统计本构方程；曹文贵、张升[52]等根据能量理论得到了受损伤单元承载能力 计算方法以及微单元强度的计算方法， 建立了岩石破坏全过程的软硬化特性相互转化分 损伤统计模型；杨建平[53]等假设岩石微元破坏服从 Mohr-Coulomb 强度准则，建立了岩 石发生剪切破坏时的损伤演化方程；蒋维[54]基于 Mohr 准则，建立了三轴压缩条件下岩 石损伤本构模型；张慧梅，雷利娜，杨更社[55-56]利用非平衡统计方法，并结合连续损伤 理论，根据 Mises 准则并且假定岩石微元强度服从 Weibull 分布，得到能够合理体现岩 石变形破坏的相关参数，建立了损伤本构模型；周辉[57]等研究了内摩擦型岩石材料屈服 特性，建立了岩石材料的统一能量屈服准则，并根据岩石试验进行了验证和分析；袁小 清、刘红岩、刘京平[58]利用完整岩石冻融受荷细观损伤模型，考虑到在冻融循环条件下 受荷节理岩石的宏细观缺陷耦合问题，建立了冻融受荷岩体损伤模型；张后全[59]等从能 量的角度出发，对岩石的破坏机理进行了研究，建立了岩石能量破坏强度准则。 由于以上所建立的损伤本构模型理论研究多集中在岩石单因素作用下的损伤特性， 即荷载作用下的岩石力学特性， 而很少综合考虑浸水和荷载耦合作用对岩石的力学特性 影响；即使综合考虑了浸水和荷载作用下岩石的力学特性，但缺乏考虑岩石已损伤微元 对岩石强度和力学特性的影响。 1.3 本文研究的主要内容 本文是对浸水后单轴压缩作用下煤岩试件损伤力学特性的研究，利用 Weibull 统计 分布，考虑到该统计分布煤岩试件受荷损伤本构模型形式简单，参数易于确定。通过试 验分析煤岩试件力学特性，得出力学相关参数。从煤岩试件强度统计特性入手，建立了 浸水后荷载作用下煤岩损伤统计本构模型， 分析煤岩在水力耦合作用下的损伤力学特性 及破坏规律，最后与试验数据相比较并对理论模型进行了试验验证。具体内容如下 1 选取煤岩并将其加工成标准试件（φ50mm100mm） ，通过测定纵波波速进行分 组，分组后将试件浸入水中，在实验室每隔两天测定一次试样的直径、高度、质量、含 水率、波速等基本参数，观察并记录水的浸润作用对煤岩样外观尺寸的影响。分别进行 不同浸水时间（0 天，10 天，20 天，30 天，40 天，50 天）下的单轴压缩试验，分析不 同浸润时间和单轴压缩对煤岩试件力学特性的影响。 2 考虑煤岩体内部孔隙分布的随机性。假定煤岩体微元损伤服从 Weibull 统计分 布规律，并对 Poisson 统计分布进行了数学与力学意义上的推导。建立单轴压缩煤岩试 件本构模型及损伤演化方程，并推导出模型参数表达式。 万方数据 1 绪论 5 3 基于损伤模型的不足，对模型进行修正使得本构方程理论曲线更好的接近试验 曲线，分析讨论模型参数的物理意义及对煤岩试件的影响。 4 基于煤岩水力耦合作用下的力学特性， 建立了煤岩的损伤演化方程及本构方程， 利用试验数据对其进行验证，研究煤岩在水力耦合作用下的损伤力学特性，分析其损伤 变量、总损伤演化率的变化规律，分析模型参数对煤岩试件力学特性的影响。 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 6 2 水对煤岩强度损伤弱化试验 实际工程中的煤岩体总是处在一定的地下环境中， 经受着不同物理化学作用的影响， 地下水的作用是引起煤岩体弱化的主要因素之一。当水分渗入煤岩体内部后，在煤岩矿 物表面形成浸润、吸附和扩散，导致煤岩矿物结构的变化。 水对煤岩的损伤弱化机理主要是水浸润煤岩，导致煤岩的表面能、黏聚力和内摩擦 角减小，导致煤岩强度降低，用浸润时间与抗压强度来表征水对煤岩浸润作用的强弱是 研究重点。研究水对煤岩体的弱化作用有很多方法，可以进行相关的理论研究，可以进 行数值模拟、软件分析，也可以通过试验的方法直观地得到，本文是通过实验室试验来 分析水对煤岩体的弱化作用。 本文通过对凉水井煤矿原煤的浸润试验和单轴抗压试验得到了凉水井煤矿煤岩的 主要力学参数，并根据实验数据得到了干燥条件、浸润 10 天、浸润 20 天、浸润 30 天、 浸润 40 天、浸润 50 天煤岩样的含水率与浸泡天数的关系、含水率与煤岩强度的关系以 及超声波波速与煤岩强度的关系，直观地反映了水对煤岩的弱化作用，为后续的理论分 析奠定了基础。 2.1 试验方案 2.1.1 试件的制备 本次试验原煤采自汇森矿业凉水井矿区的优质煤，共采取原煤样共有 10 块，平均 厚度约为 30cm，黑色，亮煤较多，煤块节理、裂隙结构复杂。本次试验是在西安科技 大学矿山工程力学省级实验教学示范中心完成的，煤块运抵实验室后，在实验室内经过 钻孔取样、切割、打磨，按岩石力学试验规程，试样制备过程如图 2.1 所示。成直径为 50mm，高度 100mm，高径比为 12 的圆柱形标准煤岩试件。设备为型号 JKZS-200 的 钻孔取样机，如图 2.1a所示，功率 2.2kw，重 370kg。对钻取煤柱进行切割的实验设备 为型号 JKDQ-49 的自动岩石切割机，如图 2.1b所示，功率 4kw，重量 530kg。最后利 用型号为 JKSHM-200S 的程控双端面磨石机，如图 2.1c所示，对试件进行端面打磨， 功率 3kw，重 430kg。筛选波速相近的试件，经过筛选，确定最终的煤岩柱数量并进行 分组。本次试验最终确定了 44 个满足要求的合格标准煤柱体，分为 6 组，前 5 组每组 8 个试件，第 6 组 4 个试件，并对每个试样进行编号，避免混淆，如图 2.1d所示，煤岩 的一个显著特点就是离散性较大，这一特征对试验研究有很大的不利影响。因此选用均 匀致密的岩样作为研究对象对试验有很大的帮助。制备试件时采取了以下措施 1 煤岩试块采自同一煤层位，尽量消除煤的沉积作用对试件离散性的影响； 万方数据 2 水对煤岩强度损伤弱化试验 7 2 采用声波测试法对煤岩试件经行筛选，选取声波波速相近的试件为一组。 a 钻孔取样机 b 自动岩石切割机 c 程控双端面磨石机 d 标准煤柱试件 图 2.1 煤岩试样制备过程 2.1.2 试验步骤 将制备好的 44 个煤柱试样，分为 6 组，前 5 组每组 8 个试件，第 6 组 4 个试件。 第一组为自始至终不浸泡的干燥环境下的试样，第二组为水浸泡 10 天的试样，第三组 为水浸泡 20 天的试样，第四组为水浸泡 30 天的试样，第五组为水浸泡 40 天的试样， 第六组为水浸泡 50 天的试样。干燥组试样制好后直接进行抗压力学特性试验，其余 5 组进行饱水状态下的浸水试验，记录不同浸水时间内试样的几何尺寸、质量、含水量等 基本参数的变化，并对经历不同浸润时间后的煤岩试件进行力学特性试验。 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 8 2.2 煤岩试件浸润试验 2.2.1 基本参数的测定 通过在实验室测得的试样直径、高度、质量、含水率、波速等基本参数，观察并记 录水的浸润作用对煤岩样外观尺寸的影响。部分试样的直径、高度、质量值如表 2.1 所 示。 表表 2.1 部分试样的直径、高度、质量部分试样的直径、高度、质量 编号 质量g 直径mm 高度mm 10-110d 255.0 49.47 101.15 2-3 20d 263.1 49.43 100.07 3-3 30d 253.5 49.47 100.64 1-4 40d 247.7 49.49 100.29 3-2 50d 244.0 49.47 97.27 2.2.2 含水率的测定 本次试验的煤岩样含水率是按照 GB/T23561.6 的相关规定测定的， 煤岩的含水率指 的是煤在天然状态下所含水分的质量与其烘干后的质量之比。 1.测量煤岩样含水率所用到的仪器设备主要有 1 天平最小分度值为 0.01g； 2 烘箱； 3 干燥器； 4 钢丝刷，小锤； 5 具有密封盖的试样盒。 2.实验步骤； 1 取天然含水状态，尺寸大于组成煤岩最大矿物颗粒直径的 10 倍，且质量不小于 50g 的 3 个试件，立即称重得 M1，如图 2.2 所示； 2 将不含结晶水的煤岩样在 105 C-110 C 的烘箱内烘干 24h 后取