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液氮致裂时间对煤样力学性能、渗透性与致裂机理的影响 被引量:3
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作者 王菁瑞 赵耀江 +3 位作者 李雨成 王浩 王江涛 张慧娟 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期101-110,共10页
为研究液氮致裂时间对煤样的力学性能和渗透率的影响,利用自主研发的WYS-800三轴瓦斯渗流试验装置及声发射检测系统,对4组不同液氮致裂时间处理的煤样分别进行三轴力学渗流试验并采集声发射信号,对三轴力学渗流试验中各组煤样的力学性... 为研究液氮致裂时间对煤样的力学性能和渗透率的影响,利用自主研发的WYS-800三轴瓦斯渗流试验装置及声发射检测系统,对4组不同液氮致裂时间处理的煤样分别进行三轴力学渗流试验并采集声发射信号,对三轴力学渗流试验中各组煤样的力学性能、渗透率的变化进行了分析,描述了声发射信号的特征;根据沸腾换热理论、一维圆柱导热理论、热应力理论分析了致裂机理,计算了不同致裂时间下产生的热应力,通过数据拟合揭示了平均温度降、平均热应力、初始渗透率与致裂时间的关系。研究结果表明:①液氮致裂时间对煤样的力学性能产生不同影响,抗压强度和弹性模量随致裂时间的增加呈现先减小后增大的趋势,泊松比则呈现先增大后减小的趋势,煤样三轴加载时轴向应力-轴向应变曲线的阶段性演化具有明显差异,与力学参数的改变相关。②不同液氮致裂时间煤样在三轴加载过程中的渗透率均呈U型变化,煤样的初始渗透率、最小渗透率、试验测得最大渗透率随致裂时间的增加而增大,致裂30 min时增幅分别为119.05%、437.5%、146.49%;声发射信号在压密和弹性阶段不活跃,主要产生于屈服阶段和破坏阶段,致裂后煤样的声发射振铃计数峰值产生于破坏点附近,均大于20000次。③煤样与液氮之间的膜态沸腾换热系数为570.4 W/(m2·K),煤样平均温度降与致裂时间相关,对平均热应力和初始渗透率起主导作用,致裂30 min时煤样内部产生的平均温度降可达213.63 K,平均热应力可达5.850 MPa。④液氮处理后煤样的初始渗透率与平均温度降之间呈线性关系,与致裂时间呈负指数分布关系。改变参数取值,可推广至其他类似处理的煤样或实际生产评估。 展开更多
关键词 液氮致裂 力学性能 渗透性 致裂机理 平均温度降
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三轴加载条件下层理煤体的力学特性和破坏机制研究
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作者 薛珂 王江涛 +2 位作者 张毓颖 赵耀江 李雨成 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期71-78,共8页
为了探究围压和层理角度对煤体力学特性、变形破坏特征的影响,对不同层理角度煤样开展不同围压下的三轴加载破坏试验,并利用摩尔-库伦准则对煤体的破坏机制进行研究。研究结果表明:煤样峰值偏应力随围压增大的平均增幅随α的增大呈“V... 为了探究围压和层理角度对煤体力学特性、变形破坏特征的影响,对不同层理角度煤样开展不同围压下的三轴加载破坏试验,并利用摩尔-库伦准则对煤体的破坏机制进行研究。研究结果表明:煤样峰值偏应力随围压增大的平均增幅随α的增大呈“V”型分布,0°煤样平均增幅最大为14.51%,45°煤样最小为6.72%;随着围压增大,0°和90°煤样的峰值应变不断增大,45°煤样的峰值应变逐渐减小;围压增大使得煤样由局部破坏向整体性破坏转变,破碎程度显著增加;利用摩尔-库伦准则对煤体的破坏机制进行分析发现:煤样的内摩擦角和黏聚力随层理角度增大先减小后增大;煤体在一定角度范围内沿结构面发生剪切破坏,超出这个范围产生复合破坏形式,逐渐趋向于完整岩石破坏。研究结果可为矿井围岩监测提供一定的参考和依据。 展开更多
关键词 围压 层理角度 力学特性 变形破坏特征 摩尔-库伦准则 破坏机制
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高温作用后原煤、型煤力学及声发射特性对比试验研究 被引量:1
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作者 赵亮 赵耀江 +3 位作者 郭胜亮 陈春谏 潘玉婷 王浩 《中国矿业》 北大核心 2020年第12期206-211,共6页
利用单轴压缩试验仪器与声发射检测系统对煤样进行单轴压缩声发射试验,分析温度对原煤、型煤力学及声发射特性的影响规律。结果表明:同一温度下,型煤的峰值强度大于原煤,随着试验温度的升高,原煤的峰值强度与损伤强度逐渐降低,峰值应变... 利用单轴压缩试验仪器与声发射检测系统对煤样进行单轴压缩声发射试验,分析温度对原煤、型煤力学及声发射特性的影响规律。结果表明:同一温度下,型煤的峰值强度大于原煤,随着试验温度的升高,原煤的峰值强度与损伤强度逐渐降低,峰值应变也随之减小;型煤的峰值强度逐渐增大,但高温处理后型煤的损伤强度较常温相比降低,两者损伤强度数值在应力-应变曲线拐点附近。通过分析煤样不同阶段的声发射特征,相同温度下原煤、型煤的力学与声发射特性相吻合。原煤加载初期声发射计数出现一段"空白期",随着试验温度的升高,原煤最大振铃计数增大,200℃时达到最大值,型煤最大振铃计数先增大后减小,100℃时达到最大值;应力-时间曲线拐点附近,煤样声发射计数活跃,原煤激增现象明显,且高温处理后的煤样与常温煤样相比,拐点前移;原煤、型煤在加载过程中声发射信号的差异性间接表明了两者结构的差异,对比高温作用后两者力学及声发射特征规律上的不同,更加说明高温作用后原煤内部产生的热应力对结构破坏的剧烈程度。原煤、型煤高温处理后拐点的出现及附近声发射信号激增标志着煤岩内部裂纹大面积产生,据此可对矿井可能发生动力学灾害部位及时采取预防措施。 展开更多
关键词 原煤力学 型煤力学 声发射特性 损伤强度 对比试验
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不同加载速率下原煤与型煤的力学渗流特性对比研究 被引量:6
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作者 陈春谏 赵耀江 +1 位作者 张红鸽 郭胜亮 《矿业安全与环保》 北大核心 2019年第1期23-27,共5页
以原煤、型煤煤样为研究对象,在三轴压缩变形过程中进行渗流试验,研究了不同加载速率下煤样的力学渗流特性。研究结果表明:加载速率对原煤的弹性模量影响较大,而型煤的弹性模量变化较小,且随着加载速率的增大,原煤、型煤的峰值应力均呈... 以原煤、型煤煤样为研究对象,在三轴压缩变形过程中进行渗流试验,研究了不同加载速率下煤样的力学渗流特性。研究结果表明:加载速率对原煤的弹性模量影响较大,而型煤的弹性模量变化较小,且随着加载速率的增大,原煤、型煤的峰值应力均呈现先增大后减小的趋势;在破坏阶段,型煤的破坏呈现延性特征,而原煤的破坏是突发性的,更接近于现场煤与瓦斯突出的破坏过程;同一加载速率下,型煤和原煤的渗透率虽然都随着应力的增大先减小后增大,但前期型煤的渗透率降低幅度远远大于原煤,且型煤为剪切滑移破坏形式,峰后渗透率低于初始渗透率,而原煤为剪张破坏形式,峰后渗透率激增;随着加载速率的增大,煤样渗透率呈现更明显的"V"字形走势。 展开更多
关键词 岩石力学 原煤 型煤 加载速率 力学特性 渗透率 瓦斯渗流
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不同含水率煤岩声发射特性试验研究 被引量:12
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作者 陈春谏 赵耀江 +2 位作者 郭胜亮 赵亮 潘玉婷 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2018年第5期40-42,46,共4页
以含水煤样为研究对象,在压缩变形过程中进行声发射检测试验,研究了不同含水率煤样声发射特性。结果表明,含水软化了型煤试件,且随着含水率的增加,峰值应力和弹性模量减小,变形特征有向岩性转化的趋势;煤样AE计数率变化与应力变化趋势... 以含水煤样为研究对象,在压缩变形过程中进行声发射检测试验,研究了不同含水率煤样声发射特性。结果表明,含水软化了型煤试件,且随着含水率的增加,峰值应力和弹性模量减小,变形特征有向岩性转化的趋势;煤样AE计数率变化与应力变化趋势几乎一致,随着含水率的递增,屈服应力及AE计数呈现减小趋势,同时声发射计数率集中区域由大幅值变为小幅值;含水煤样的声发射累积振铃计数比干燥煤样少很多且滞后,但干燥煤样与含水煤样所得曲线在形状上相像。 展开更多
关键词 岩石力学 型煤 含水率 声发射 压缩变形 AE计数率
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温度作用煤岩力学渗流特性演化规律试验研究 被引量:1
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作者 潘玉婷 赵耀江 +2 位作者 郭胜亮 赵亮 王浩 《中国矿业》 2021年第2期209-213,共5页
本文利用自主改造的三轴试验装置,以山西马兰煤矿18506工作面的焦煤为研究对象,在恒定围压与瓦斯压力条件下,探讨实时油域加热煤样时不同温度对煤样力学及渗流特性的影响。研究结果表明:含瓦斯煤三轴压缩下,温度越高其三轴抗压强度越低... 本文利用自主改造的三轴试验装置,以山西马兰煤矿18506工作面的焦煤为研究对象,在恒定围压与瓦斯压力条件下,探讨实时油域加热煤样时不同温度对煤样力学及渗流特性的影响。研究结果表明:含瓦斯煤三轴压缩下,温度越高其三轴抗压强度越低,两者呈反相关关系,说明随着温度升高,原煤的抵抗变形能力越小;煤样在受偏应力影响下,轴向应变越大,渗透率呈“V”字演化即先减小到最低点后迅速增大,当处于同一应变条件时,高温度降低了瓦斯的渗透率,不利于瓦斯抽采;温度越高,煤样初始渗透率与最小渗透率呈下降趋势,同一温度下的初始渗透率与最小渗透率之间差值越小。表明温度越高,对煤样的渗透率影响程度越低。 展开更多
关键词 煤岩变形 温度 应变 渗透率
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原煤力学及渗流特性的层理效应研究 被引量:2
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作者 王浩 赵耀江 +2 位作者 潘玉婷 赵亮 王江涛 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期24-29,共6页
为研究层理对原煤力学及渗流特性的影响,通过实验对比分析平行层理煤样和垂直层理煤样在相同瓦斯压力、不同围压下的三轴压裂力学及渗流特性,同时采集压裂过程的声发射数据并进行分析。结果表明:随着围压增大,平行层理煤样的峰值轴向应... 为研究层理对原煤力学及渗流特性的影响,通过实验对比分析平行层理煤样和垂直层理煤样在相同瓦斯压力、不同围压下的三轴压裂力学及渗流特性,同时采集压裂过程的声发射数据并进行分析。结果表明:随着围压增大,平行层理煤样的峰值轴向应力平均增幅为34.5%,远小于垂直层理煤样的平均增幅161.21%;围压为1,3,5 MPa时,垂直层理煤样的压裂时间分别是平行层理煤样的0.68,0.19,2.72倍,层理方向对力学特性的影响随着围压增加呈先减小后增大的趋势;围压相同时,平行层理煤样的声发射幅值随时间增加而增大,垂直层理煤样的声发射幅值随时间增加表现出正弦波变化趋势,且平行层理煤样在压裂过程中的声发射高幅值事件比垂直层理煤样的多;平行层理煤样的渗透率远大于垂直层理煤样的渗透率,且围压越大,初始渗透率越低,说明平行层理方向的孔隙度大于垂直层理方向的孔隙度。 展开更多
关键词 平行层理 垂直层理 力学渗流特性 声发射特征
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冷冲击条件下饱水煤样结构损伤规律研究
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作者 戎彦龙 王毅 +3 位作者 赵东 赵耀江 游世达 郭志 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期86-93,共8页
为探究煤体在冷冲击影响下强度损伤特征及细观结构演化规律,通过自制低温冲击系统,利用声发射、金相显微镜宏观与细观手段结合的方法,基于ImageJ图像分析软件分别对干燥煤样、饱水煤样冷冲击前后细观结构演化进行量化表征,并通过测试渗... 为探究煤体在冷冲击影响下强度损伤特征及细观结构演化规律,通过自制低温冲击系统,利用声发射、金相显微镜宏观与细观手段结合的方法,基于ImageJ图像分析软件分别对干燥煤样、饱水煤样冷冲击前后细观结构演化进行量化表征,并通过测试渗透率验证煤体结构变化带来的增透效果,研究结果表明:在煤体中超声波波速随冷冲击温度降低而下降;相同时间内,冷冲击温度越低,声发射振铃计数表现越活跃,煤体释放能量愈大,致裂效果越显著;经冷冲击后的饱水煤样相对于干燥煤样会产生更多的斜向新生裂隙,新萌生裂隙与原生裂隙交汇贯通形成絮状网格,其渗透效果显著提升;随冲击温度的降低,抗压强度、弹性模量均增大。研究结果可为低温改善煤层透气性,增产煤层气及矿井瓦斯灾害防治技术提供理论依据。 展开更多
关键词 冷冲击 饱水 金相显微镜 声发射 热应力
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原煤受载破坏形式的层理效应研究 被引量:1
9
作者 王浩 赵耀江 +2 位作者 潘玉婷 赵亮 王江涛 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2021年第11期44-48,共5页
为了研究层理对原煤受载破坏形式的影响,分别对平行层理煤样和垂直层理煤样进行单轴压裂实验和相同围压、不同瓦斯压力下的三轴压裂实验。结果表明:平行层理煤样的抗压强度略小于垂直层理煤样,但后者的峰值应变是前者的2.33倍;随着瓦斯... 为了研究层理对原煤受载破坏形式的影响,分别对平行层理煤样和垂直层理煤样进行单轴压裂实验和相同围压、不同瓦斯压力下的三轴压裂实验。结果表明:平行层理煤样的抗压强度略小于垂直层理煤样,但后者的峰值应变是前者的2.33倍;随着瓦斯压力增大,垂直层理煤样的峰值应力先增大后减小,变化的幅度为26.62%,平行层理煤样的峰值应力先减小后增大再减小,变化的幅度为35.14%;单轴压裂和三轴压裂时,平行层理煤样的破坏为整体纵向剪切破坏,煤样沿纵向裂开为几大块,垂直层理煤样的破坏为局部横向张拉破坏,煤样上半部分剧烈破坏,下半部分基本保持完整;三轴压裂与单轴压裂相比,垂直层理煤样破裂时保持完整的部分体积约增加73%,平行层理煤样劈裂的角度变化幅度约为42%。 展开更多
关键词 平行层理 垂直层理 单轴压裂 三轴压裂 力学特性 破坏形式
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Interfacial Microstructure and Mechanical Properties of Al Alloy/Mg Alloy Laminated Composite Plates Fabricated by Equal Channel Angular Processing 被引量:1
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作者 李国瑞 zhao Dong +2 位作者 zhao yaojiang ZHOU Bin 王红霞 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS 2016年第2期417-421,共5页
KAl(7075)alloy/Mg(AZ31)alloy laminated composite plates were successfully fabricated by the equalchannelangular processing(ECAP)by using route A for 1,2,and 3 passes at 573 K,respectively.After fabrication,the 1... KAl(7075)alloy/Mg(AZ31)alloy laminated composite plates were successfully fabricated by the equalchannelangular processing(ECAP)by using route A for 1,2,and 3 passes at 573 K,respectively.After fabrication,the 1-pass ECAPed laminated composite plates were annealed at different temperatures.The microstructure evolution,phase constituent,and bonding strength near the joining interface of Al(7075)alloy/Mg(AZ31)alloy laminated composites plates were evaluated with scanning electron microscopy,X-ray diffraction,and shear tests.The experimentalresults indicated that a 20 μm diffusion layer was observed at the joining interface of Al(7075)alloy/Mg(AZ31)alloy laminated composites plates fabricated by the 1-pass ECAP,which mainly included Al_3Mg_2 and Mg_(17)Al_(12) phases.With the increase of passes,the increase of diffusion layer thickness was not obvious and the form of crack in these processes led to the decrease of bonding strength.For 1-pass ECAPed composites,the thickness of diffusion layer remained unchanged after annealed at 473 K,while the bonding strength reached its maximum value 29.12 MPa.However,after elevating heat treatment temperature to 573 K,the thickness of diffusion layer increased rapidly,and thus the bonding strength decreased. 展开更多
关键词 laminated composite interface microstructure bonding ECAP
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低温处理煤岩的声发射及力学渗流特性研究
11
作者 王江涛 赵耀江 +3 位作者 赵亮 王浩 王菁瑞 张慧娟 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2022年第12期28-34,共7页
为研究煤岩在低温处理过程中的损伤演化规律以及低温处理对煤岩力学和渗流性能的影响,通过实验测试分析了煤样在低温处理过程中的声发射特征以及低温处理后煤样的力学性能和渗流特性。结果表明:当常温煤样骤然进入低温环境中,0~1000 s... 为研究煤岩在低温处理过程中的损伤演化规律以及低温处理对煤岩力学和渗流性能的影响,通过实验测试分析了煤样在低温处理过程中的声发射特征以及低温处理后煤样的力学性能和渗流特性。结果表明:当常温煤样骤然进入低温环境中,0~1000 s内声发射信号最密集且强度较大,中后期信号逐渐减少减弱,因此损伤主要发生在前1000 s内,随着处理温度的降低,煤样声发射信号数量和强度都显著增加,信号幅值的分布比例大致相同,表明煤岩与外部环境温差越大,其损伤程度就越高;经过低温处理的煤样在三轴加载过程中其抗压强度、弹性模量和泊松比相较于常温煤样都有所减小,减小幅度与处理低温呈正比;经过0、-20、-40℃处理后的煤样,初始渗透率相较于常温煤样分别增长了8.15%、23.46%和74.87%。 展开更多
关键词 低温处理 煤体损伤 声发射 三轴加载 渗透率
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