单轴压缩状态下含瓦斯煤岩力学特性试验研究_图文.doc

132采矿与安全工程学报第27卷 加,因此煤柱的安全稳定问题成为关系着井下采煤工程安全与否的关键问题,而留设的煤柱又多处于单向受载情况下一可认为处于单轴压缩状态下,故研究单轴压缩情况下含瓦斯煤样的力学性质,对于维护井下煤柱有效性、地下采掘空间的安全及瓦斯灾害的防治均具有重要实际意义. 国内外关于煤体变形特性研究较多,但多集中在不含瓦斯煤岩体的单轴、三轴压缩状态下的变形特性及含瓦斯煤岩体三轴压缩状态下的变形特性方面的研究口1].由于含瓦斯煤样的单轴压缩试验要求煤样内必须确实存在瓦斯,且单轴压缩情况下煤样内保存瓦斯难度较大,因而其实现存在较大难度.本文设计的含瓦斯煤样单轴压缩的试验方案,以一定瓦斯压力下饱和吸附瓦斯后的煤样为研究对象,对试验用样采取一系列保护措施,使得残存瓦斯确实存在于试验煤样中,从而实现含瓦斯煤样的单轴压缩试验研究.设计试验方案实现了含瓦斯煤样的单轴压缩试验,且研究成果是对含瓦斯煤样单轴压缩试验研究这部分内容进行有益的补充. 1试验仪器及方案 本文试验所用仪器主要为MTS815岩石力学试验系统.该试验系统主要可以测试各种固体材料在复杂应力状态下的力学以及渗流特性,且可进行岩石的抗拉试验、单轴压缩试验、常温和高温下的三轴试验、循环压缩试验、蠕变试验、渗透性试验等.试验用煤岩试件如图1所示. 图1试验用煤岩试件 Fig.1Coal sample used in test 试验用样取自某矿煤层系的软分层,该层质软、手捻可碎,曾发生过严重的煤与瓦斯突出事故.因此由该煤样制备原煤试件难度较大,故实验用样采用型煤试件.煤样自井下采取后,运至地面实验室,经粉碎筛选,取颗粒2040目的煤粉经加压成型制成型煤试件.在制备过程中试件内不添加任何黏结剂,目的是使试件保持与原煤试件性质的高度相似性,成型压力根据前人经验选取100MPa,达到成型压力后稳定20min,目的是使试件受载充分并使试件内部均匀. 为了实现单轴压缩状态下的含瓦斯煤岩力学性质研究,而又要保证煤样试件内确实含有瓦斯,事先对煤样试件周围均匀抹硅橡胶保护层,仅保留上下两个端面,又在煤样侧壁紧密包裹热缩管,之后将煤样试件在设定的瓦斯压力情况下吸附48 h,瓦斯压力暂确定为O.1,O.2,O.3MPa.然后迅速取出试件,于MTS815进行单轴压缩状态下含瓦斯煤岩力学特性研究.此时,试验机上下压头和煤样侧壁的硅橡胶层、热缩管形成了一个封闭的空间,又由于试验持续时间较短,可认为符合含瓦斯煤力学性质试验要求. 2试验结果及分析 2.1应力一应变关系曲线研究 根据试验研究结果,得到了典型的单轴压缩状态下含瓦斯煤样应力一应变特性曲线瓦斯压力O.2 MPa,如图2,3所示. 芒 至 \ ・R 毯 星 暴 量 蠢 基 暴 图2含瓦斯煤样单轴压缩应力一应变曲线 Fig.2Stressstrain curve of coal contain gas under uniaxial compression 图3含瓦斯煤样单轴压缩应力一应变一体积应变曲线Fig.3Stress-strainvoIumetric strain curve of coal contain gas under uniaxial compression 由图可知 1含瓦斯煤样的弹性及压密阶段不明显.试件是经过加压成型的煤样试件,其内部的孔隙、裂隙较为均匀且孔隙裂隙非常细小,又加之其孔隙裂隙内的瓦斯压力作用,导致其在压应力作用下产生变形量非常微小后即完成了试件压密. 2含瓦斯煤样的线弹性阶段维持时间较长,且线性较好.此阶段内可能是煤样内原有微小的孔 隙、裂隙在较大压应力作用下,发生了闭合和结构 单轴压缩状态下含瓦斯煤岩力学特性试验研究 作者赵洪宝, 李振华, 仲淑姮, 罗烨 作者单位赵洪宝,仲淑姮,罗烨中国矿业大学,资源与安全工程学院,北京,100083, 李振华中国矿业大学,资源与安全工程学院,北京,100083;河南理工大学,能源学院,河南,焦作454001 刊名 采矿与安全工程学报 英文刊名JOURNAL OF MINING AND SAFETY ENGINEERING 年,卷期2010,271 参考文献8条 1.刘京红.姜耀东.赵毅鑫声发射及CT在煤岩体裂纹扩展实验中的应用进展 200810 2.来兴平.吴学明.高喜才基于MTS-AE单轴压缩下的煤岩损伤特征 20082 3.李长冬.唐辉明.胡新丽岩石相似材料变形与强度特性及数值模拟研究 20086 4.吴永胜.余贤斌单轴压缩条件下岩石声发射特性的实验研究 200810 5.李正川岩石各向异性的单轴压缩试验研究 20083 6.周晓军.鲜学福煤岩体变形失稳破坏条件的研究 19984 7.潘结南煤岩单轴压缩变形破坏机制及与冲击倾向性的关系 20008 8.周晓军.鲜学福基于粘弹性模型的煤体冲击倾向指标的试验研究 19991 本文链接http//