单轴压缩下宏观裂纹倾角对煤体特性影响研究

发布时间：2019-07-19 06:55

【摘要】：为研究宏观裂纹倾角对煤体特性的影响,采用YAW4306电伺服试验系统和CTA 1声发射采集系统对不同预制裂纹倾角的煤样进行单轴压缩声发射试验,分析试验过程的声发射信号特征,研究裂纹倾角对声发射响应、煤样峰值强度和裂纹扩展方式的影响。试验结果表明:宏观裂纹的存在对试样声发射信号的变化规律有显著影响,且声发射信号变化与载荷变化具有很高的一致性,能够很好地反映含宏观裂纹煤样受压时内部破裂发展情况;裂纹的存在降低煤体的强度,且随着裂纹倾角的减小,峰值强度受影响越来越明显,呈现出逐渐减小的趋势,通过曲线拟合,得出二者近似成二次函数关系;裂纹倾角为0°,15°,30°和45°的煤样,其破坏过程中主要裂纹形态为翼型裂纹,并伴有各方向细微次生裂纹;倾角为60°和75°的煤样,其主要裂纹形式为反翼裂纹;当倾角增至90°时,煤样无表面扩展裂纹,此时煤样的破裂方式为劈裂。
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图片说明： 3208岩石力学与工程学报2017年2试验2.1试样制备由于天然煤体内部含有大量随机裂纹，若将其直接用于室内模型试验很难做到完全定量分析，因此本试验煤样采用型煤。试验煤样取自大安山煤矿，将原煤经过粉碎后，采用40目的筛子对碎煤进行筛分，将粒径小于或等于40目的煤颗粒保留下来。将煤粉、水和缓凝剂按一定的的质量比配制，并通过在模型试样中掺入裂纹片和薄钢片来预制和模拟张开和闭合裂隙，加工成尺寸为120mm×60mm×30mm(长×宽×厚)的煤样，预制裂纹长度为20mm，宽度为2mm，试样各处误差不超过0.5mm。为便于观察裂隙扩展过程和现象研究，用石灰膏将煤样表面涂成白色，图1为示意图。2.2试验系统试验系统(见图2)包括加载系统、应变采集系统、声发射数据采集系统。加载系统采用的是YAW4306微机控制电液伺服压力试验机，可实现位移加载和应力加载，并记录加载过程中的位移，载荷和时间。声发射监测系统采用美国物理声学公司(a)试样及预制裂纹尺寸(b)试样实物图图1试样示意图Fig.1Sketchofcoalspecimen的CTA 1声发射采集系统，采样频率为500kHz，门槛值为46dB。2.3试验方案选取24个较好的型煤试样，编号并分组，将其分为3组，每组8个试样，倾斜角分别为0°，15°，30°，45°，60°，，75°，90°以及完整试样，试样材料力学特征和物理参数分别如表1，2所示，含不同倾角的预制裂纹试样如图3所示。本次试验的加载方式采用位移控，加载速率为0.200mm/min。图2试验系统Fig.2Testsystemdiagram
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图片说明： 3208岩石力学与工程学报2017年2试验2.1试样制备由于天然煤体内部含有大量随机裂纹，若将其直接用于室内模型试验很难做到完全定量分析，因此本试验煤样采用型煤。试验煤样取自大安山煤矿，将原煤经过粉碎后，采用40目的筛子对碎煤进行筛分，将粒径小于或等于40目的煤颗粒保留下来。将煤粉、水和缓凝剂按一定的的质量比配制，并通过在模型试样中掺入裂纹片和薄钢片来预制和模拟张开和闭合裂隙，加工成尺寸为120mm×60mm×30mm(长×宽×厚)的煤样，预制裂纹长度为20mm，宽度为2mm，试样各处误差不超过0.5mm。为便于观察裂隙扩展过程和现象研究，用石灰膏将煤样表面涂成白色，图1为示意图。2.2试验系统试验系统(见图2)包括加载系统、应变采集系统、声发射数据采集系统。加载系统采用的是YAW4306微机控制电液伺服压力试验机，可实现位移加载和应力加载，并记录加载过程中的位移，载荷和时间。声发射监测系统采用美国物理声学公司(a)试样及预制裂纹尺寸(b)试样实物图图1试样示意图Fig.1Sketchofcoalspecimen的CTA 1声发射采集系统，采样频率为500kHz，门槛值为46dB。2.3试验方案选取24个较好的型煤试样，编号并分组，将其分为3组，每组8个试样，倾斜角分别为0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°以及完整试样，试样材料力学特征和物理参数分别如表1，2所示，含不同倾角的预制裂纹试样如图3所示。本次试验的加载方式采用位移控，加载速率为0.200mm/min。图2试验系统Fig.2Testsystemdiagram
【作者单位】：中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室;中国矿业大学安全工程学院;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室;
【基金】：教育部科学技术研究项目资助(113031A) 国家重点研发计划(2016YFC0801401) 江苏省自然科学基金青年基金项目(BK20150183)~~
【分类号】：TD315

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