高温作用后硅质砂岩力学性能试验

为了研究高温作用后硅质砂岩的力学性质,采用三轴压力试验机,对常温(25℃)、200℃、400℃、600℃和800℃温度作用下的硅质砂岩试件进行单轴压缩试验,同时利用声波测试仪测量不同温度作用后硅质砂岩试件的超声波波速,分析了岩石强度和变形特征及岩石波速随温度的变化规律。结果表明:高温对岩石成分有显著影响,进而导致岩石纵波波速、抗压强度及破坏形式的改变,单轴抗压强度随岩石经历温度的升高而降低,并且在400℃时发生明显的转折,呈现出折线型变化趋势,岩石的纵波波速及破坏时的峰值应变也同样在400℃时开始出现增大趋势。引入热损伤因子D T,分析得出该损伤因子与温度之间呈三次多项式函数关系。

基于针入强度的不同含水率煤样强度弱化特征与微观机制

利用废弃矿井采空区作为储水空间对矿区的生态环境和经济发展起着重要作用,水浸作用下煤岩体强度直接影响地下储库的稳定性,有必要研究含水率影响下煤岩体的稳定性。针对关闭矿井大台矿井煤体各向异性强的特点,研究了低损测试针入强度与煤样抗压强度和抗拉强度的相关关系。在此基础上,研究了同一煤样不同含水率强度的变化规律,并借助CT扫描分析了水浸孔隙演化与强度弱化的内在机制。研究结果表明:不同含水率煤样单轴抗压强度(UCS)和巴西劈裂抗拉强度(BTS)与煤样针入强度(NPI)分别呈线性关系和负指数关系,煤样针入强度能够很好地匹配煤样单轴抗压强度和劈裂强度。因此,可以利用针入度指标评价煤样的强度,进而实现同一煤样不同含水率的低损循环测试,降低煤样各向异性对试验结果的影响,同时也为现场快速测试煤样强度提供有效手段。随着含水率的增加,煤样的针入强度呈指数式减小。由干燥到饱和,煤样针入强度降低幅度为86.55%。浸泡前后连通性孔和孤立孔的孔隙率分别上升了1.58%和0.97%,总体孔隙率上升2.55%,而矿物成分的体积占比下降了1.96%。煤样浸水过程中连通孔内部的黏土矿物成分遇水膨胀溶解导致煤样孔隙率变化。孔隙率(孤立孔和连通孔)的增加使得损伤裂隙沿着孔隙发育,更容易形成贯通裂隙,进而导致强度降低。此外,水充满连通节理使得裂隙强度大幅度降低,造成损伤裂隙更容易沿着弱面扩张,进一步降低煤样强度。

推进速度影响下的上湾煤矿高强度开采覆岩-地表移动特征

为了获得上湾矿特大采高(8,8 m)工作面高强度开采的覆岩⁃地表移动特征,对基岩破断移动、地表下沉开裂以及矿压显现进行了系统观测。观测结果表明:与传统厚硬岩层为主导的高强度覆岩移动特征不同,上湾矿12401工作面采动覆岩移动主要受三层控制层的影响,分别为基本顶、关键层以及顶部厚软岩层(缓冲层),且由于推进速度的影响形成了“两带”和“三带”基岩的破坏模式。下位基本顶和关键层共同决定工作面的矿压显现程度;关键层的破断导致基岩整体剧烈沉降,同时由于缓冲层为厚而软的砂质泥岩,具有较强的膨胀性,对开采覆岩移动传导具有一定的缓冲作用,是基岩形成“三带”的关键因素。通过对覆岩⁃地表移动规律的分析,提出了基于覆岩控制层的地表裂缝主控机理,获得了推进速度影响下的覆岩⁃地表移动特征,为预防采动地表破坏和实现减损开采提供了科学依据。