西部弱胶结软岩细观结构及水理特性试验

为准确掌握西部弱胶结软岩的水理特性,对采自陕北矿区的红砂岩进行水理及力学特性试验,并基于电镜(SEM)扫描图像分析细观结构特性,建立岩石细观结构与其宏观水理特性间的联系。试验表明:红砂岩具有明显的饱水软化和吸水膨胀特性,其软化系数为0.64;无压力水侵蚀和干湿循环作用下饱水红砂岩性能将进一步劣化,宏观上表现为强度和弹性模量的减小和质量损失率的增大;细观上,红砂岩颗粒间的联系比较松散,具有明显的弱胶结结构特征。总体来说,亲水矿物溶解与弱胶结结构破坏的耦合作用,导致红砂岩特殊的宏观水理特性。研究结果可为类似地区软岩夹层工程治理提供借鉴。

煤岩液态二氧化碳爆破开采实践与模拟

为准确把握煤岩液态CO2爆破开采的技术特点,通过动、静力学特性试验测定了煤岩力学参数,采用有限元数值模拟与工程实践相结合的手段,研究了原煤液态CO2爆破开采的效果及特点。结果表明:受到致裂装置释放器的约束,相较于常规爆破手段,液态CO2爆破过程中能量释放较为平缓,应力波峰值水平较低,实际爆破有效范围较小,以57型致裂装置为例,其爆破效果仅为换算当量的28.6%。但液态CO2爆破具备传统爆破技术所不具备的安全性,同时实践也表明了液态CO2爆破能有效提高块煤率,实际产煤质量高。就安全环保与清洁高效的发展理念而言,液态CO2爆破技术的使用前景优于传统炸药爆破。

冲击荷载作用下的煤岩动力学特性及本构模型

为了研究煤岩的动态破坏特征和动力学损伤特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)和应力加载系统,对煤岩试样进行了冲击试验和单轴压缩试验;根据应力-应变试验曲线的特征,在过应力模型上,应用连续损伤理论与统计强度理论,建立了适合煤岩动力学特性的过应力损伤模型。结果表明:动载作用下,当应变率较小时,煤岩破碎方式与静载作用时间具一定的相似性;随着应变率的增大,动载破坏强度显著增大,动态模量先增大后保持不变,塑性变形先增大后减小,应力-应变曲线具有明显的塑性流动特性。采用建立的煤岩过应力损伤模型本构方程对试验曲线进行拟合,通过两者的对比,验证了模型的正确性。