不同加载速率下煤体强度与破碎特征实验研究

通过AG-Ⅰ250 kN万能实验机对滇东矿区煤体试件进行单轴压缩实验,探讨了突出危险煤体在不同荷载速率环境下的强度特性与破碎特征。结果表明:煤体应力—应变曲线经历线弹性、塑性、峰后破坏3个阶段,弹性特征随加载速率的增加愈发明显;随着加载速率的增加,煤体峰值应变增大,弹性模量与加载速率呈线性关系;煤体在单轴压缩条件下的破坏形式多表现为脆性破坏,随着加载速率的增加,破碎煤样的折算直径减小,新增表面积增大,整体破碎程度随加载速率的增加而增大,与宏观煤体破坏剧烈程度吻合;不同加载速率下煤体强度特征符合Coulomb准则,峰值强度与达到破坏时间与加载速率呈线性关系。

钻孔法测定煤体强度的研究

提出了利用打钻过程测定煤体强度的方法．通过实验证明，打钻时的钻削功率值能够反映被钻削煤体的坚固性系数，二者基本上呈线性关系．应用该方法在现场的测定结果符合实际情况，为在现场实测煤体强度提供了一种新的方法．

煤体强度对钻屑温度影响的试验研究

通过钻屑温度测试装置,得到钻孔过程中的钻屑温度,提出一种评定煤体强度大小的新方法。试验结果表明,以相同的钻进速度,对不同强度煤体打同一深度钻孔,煤体强度同钻屑温度及钻孔时钻屑温度变化率之间均呈线性关系;停钻后温度降低时钻屑温度变化率大小基本相同,与煤体强度无关。

密集钻孔周围塑性区随煤体强度变化的数值模拟

密集钻孔抽采瓦斯是低透气性煤层防止煤与瓦斯突出的一种区域性和局部性措施,瓦斯抽采率与钻孔间距密切相关。用ANSYS有限元软件对不同的煤体强度下的钻孔周围塑性区和应变变化进行数值模拟,得出塑性区的变化规律,对钻孔的合理布置具有指导意义。

煤体吸附瓦斯与煤体强度的关系研究

采用自主研制的由放置试样的装置、压力加载装置和强度测定装置组成MDS-200型煤岩三轴应力渗透试验台,针对取自象山井田、燎原井田和桑树坪井田的3号、5号和11号煤层的试验样品进行煤体吸附瓦斯与强度关系的试验。结果表明:①煤体的杨氏模量和单轴抗压强度均随着吸附瓦斯压力的增加而逐渐呈线性衰减;②不同的煤种在同等吸附瓦斯压力下,杨氏模量和单轴抗压强度也是不相同的;③试验结果表明,含较高压力瓦斯的煤体更容易破坏。

基于Weibull分布的煤体强度计算研究

以往矿山压力计算中多数使用煤体试件测试强度代替煤体强度进行计算,计算结果往往具有较大误差,针对此类问题,采用理论分析、实验室实验、数值模拟,数据拟合等手段研究了矿山工程中煤体强度的计算方法。结果表明:煤的强度具有一定的尺寸效应,测试试件边长越大,其强度越低;根据其尺寸特征,应用RFPA软件中的Weibull函数功能,模拟求解并拟合得出煤体强度与均质度和原煤强度之间的关系。定义了煤样标准强度为边长或直径为50 mm的煤试件强度,拟合得出煤样标准强度与原煤强度和煤体强度关系的表达式,可据此理论计算矿山工程中的煤体强度。

煤体强度及倾角对大采高煤壁稳定性的影响研究

运用弹性力学理论分析了大采高工作面煤壁失稳机理,建立了大采高工作面的失稳判别准则。应用PFC模拟了不同煤体强度条件下煤层倾角对大采高煤壁稳定性的影响,发现工作面俯仰角对煤壁稳定性的影响随着煤体强度的增加而减弱,但对煤壁失稳形式影响较小。

煤体强度对煤壁稳定性的影响研究

在特殊地质条件下,对大采高工作面维护煤壁稳定使用改变采高、提高支架阻力等手段效果不明显,因此,从提高煤体强度的角度对煤壁稳定性展开研究。基于莫尔-库伦准则对大采高工作面煤壁稳定性进行理论分析,揭示了煤体强度与煤壁受力的关系;利用数值模拟软件对煤体强度有差异的煤壁稳定性进行规律总结,最后利用相似模拟实验模拟验证数值模拟结果。结果表明:煤壁的拉裂和剪切破坏都与煤体自身物理力学性质有关,煤壁发生破坏时的极限垂直应力与内摩擦力及内聚力均成正比关系,其中内聚力对煤壁稳定性的影响效果最为明显,内摩擦角对其影响相对较小,煤体强度的增大对煤壁稳定性有显著的影响;在相似模拟实验中,内聚力增大1.0MPa时,煤壁发生破坏的临界压力增加1.64MPa,破坏高度减小1.7m,破坏深度减少0.7m。

瓦斯压力对煤体强度的影响

本文分析有无瓦斯煤体的破坏形式均为剪切破坏。通过煤体剪切力学分析，论述瓦斯压力对煤体强度的影响。

钻杆转速受煤体强度影响的试验分析

为研究煤体强度对钻杆转速的影响,通过对钻机钻进煤样试件时煤样-钻头-钻杆的受力分析,建立了煤体钻削机理模型、钻头刀具切削煤体受力模型和钻杆力学模型,理论上给出了钻杆转速与煤体强度之间存在负相关性的依据。在实验室利用自制的钻杆转速测试装置进行钻孔试验,结果表明:在煤体应力及钻进速度相同的条件下,对试件钻孔过程中,钻杆转速与煤体强度呈负相关关系。

吸附条件下瓦斯压力对煤体强度影响的实验研究

煤体强度的测定一般在实验室非吸附条件下完成,为了揭示吸附条件下煤体强度随瓦斯压力的变化规律,基于瓦斯防治理论和现场实践,研制了可实现封闭充气环境下煤坚固性系数的自动化测试装置,研究了吸附条件下瓦斯压力对煤体强度的影响规律。实验表明:煤的坚固性系数受煤样瓦斯压力的影响明显,瓦斯压力越大,煤体强度越小,用以抵抗外力破碎的能力越差。

基于Drucker-Prager准则的含瓦斯水合物煤体强度准则研究

为获得含瓦斯水合物煤体在高饱和度下强度准则的适用性,基于Drucker-Prager准则,结合高饱和度含瓦斯水合物煤体常规三轴压缩下的应力-应变曲线,探讨Drucker-Prager准则下其理论值与试验值的误差,分析Drucker-Prager准则的适用性,同时与Mohr-Coulomb准则进行对比。结果表明:含瓦斯水合物煤体的峰值强度在高饱和度和围压耦合作用下,其值随着围压和饱和度的增加而增加;Mohr-Coulomb准则与Drucker-Prager准则的强度预测绝对误差最大值分别为6.77%和3.66%,说明试验结果与预测模型的吻合度较高;然而Drucker-Prager准则强度预测绝对误差均在0.92%~3.66%,其误差波动范围较小,说明Drucker-Prager准则在高饱和度下更为适用。

煤体强度对煤壁稳定性影响的数值分析

文章用运数值模拟对晋华宫矿7#煤层8210工作面进行大采高工作面煤壁片帮进行了分析,主要考虑煤体强度对煤壁的水平位移的影响。在支架额定工作阻力大于12 000 kN时,工作面快速推进可确保煤壁不片帮;来压期间支架运行平稳,工作面煤壁保持相对稳定。

CO_2-ECBM中气固作用对煤体应力和强度的影响分析

基于固体表面能下降是引起固体膨胀的动力源的理论,给出了煤体吸附CH4和CO2后的膨胀应力的计算公式,对CO2和CH4吸附引起的膨胀进行了计算和分析,为评估CO2注入煤层后吸附引起的膨胀对煤层力学稳定性的影响提供了理论依据。取Griffith断裂理论中临界应力为煤体强度指标,给出了煤体吸附气体后强度下降的计算公式,对煤体自由膨胀条件下吸附CH4和CO2强度降低的情况进行了对比分析。

瓦斯抽采对煤体强度与锚固性能影响的现场测试分析

以晋煤集团寺河煤矿为工程背景,现场测试瓦斯抽采前后煤体强度和锚固性能,分析瓦斯抽采对煤体力学性能和巷道支护效果的影响。采用触探法原位测试围岩强度,得到工作面瓦斯抽采前煤体强度平均值为24.89MPa,抽采后平均值为16.15MPa,强度降低35%;开发研制煤体锚固性能测试装置,能够连续监测锚杆锚固力、锚杆位移和护表构件在煤壁的压入量。现场测试结果得出,瓦斯抽采前煤体锚固力平均为220k N,抽采后为124k N,为抽采前的56.4%。试验结果可为进一步提高抽采煤体巷道支护设计的合理性提供依据。

煤体和基本顶强度对沿空巷道煤柱留设影响研究

为研究煤体、基本顶强度对沿空巷道煤柱留设影响,建立了数值模拟分析模型,模拟走向长壁开采工作面。模拟结果表明,随着煤体强度的增加,煤柱的最大垂直应力值也在增加,但其应力集中的范围却减小,这说明煤体强度越大,煤柱承载能力越好,煤体强度越小,越容易出现应力集中;不同基本顶强度的煤柱的应力基本相同,巷道两帮的垂直应力明显大于顶底板的垂直应力,顶板的垂直位移要明显大于两帮。

煤体单轴抗压强度统计与分级研究

为了解决现有煤体单轴抗压强度(UCS)测试数据利用率低的问题,采用数据筛选与分析、数理统计、聚类分析的方法,提出一种能比较有效地分辨、衡量煤体强度差异,并能对UCS测试结果进行定量评价和分类的方法。通过搜集整理山西、山东、内蒙古、陕西、新疆等主要产煤省份及地区129座矿井的808组煤体UCS数据,分析煤体UCS数据分布特征及分布规律并对测试结果进行评价,为煤体强度分级及煤系地层有关工程设计提供重要参考依据;基于煤体强度测试数据统计分析,将煤体强度进行分级同时根据其煤体强度分级与评价结果初步对煤矿巷道围岩支护参数类型提供参考和预测评估。结果表明:所统计煤体UCS分布范围为1.37~55.48 MPa,平均值为16.11 MPa,标准差为8.93 MPa,且满足正态分布。对煤体UCS分级:Ⅰ(1~10 MPa)、Ⅱ(10~15 MPa)、Ⅲ(15~25MPa)、Ⅳ(25~40 MPa)、Ⅴ(40~60 MPa)。依据单轴抗压强度分级标准对其进行分值评价:非常差(0~10分)、差(11~20分)、较差(21~40分)、中(41~60分)、较好(61~80分)、好(81~95分)、非常好(96~100分)。对煤矿单轴抗压强度进行分值评价,同时与不同支护参数进行对应分类划分,所提供的支护参数可为煤巷支护基本参数提供参考。

基于综合作用假说煤与瓦斯突出强度影响因素试验

为了研究煤与瓦斯突出的发生机理,基于综合作用假说分析了控制煤与瓦斯突出的3种因素,利用自主研制的煤与瓦斯突出模拟试验台,分别在不同瓦斯压力、不同垂直应力、不同煤体强度下进行了煤与瓦斯突出物理模拟试验。试验结果表明:突出强度随着煤体内瓦斯压力的增大而增大;随着垂直地应力的增加而增大,且在垂直地应力等幅增长的条件下,突出强度的增长幅度增大;而随着煤体强度的增加,煤与瓦斯突出强度近似呈线性增加。

受载煤体破碎块度分布的实验研究

实验研究支承压力(采深)、煤体强度和裂隙发育程度对煤体破碎块度分布的影响变化规律,根据顶煤回收要求与可放块度原则得出预测临界采深的实用关系式,并以加权平均块度评价支承压力、煤体强度和裂隙发育程度三因素对顶煤可放性分类的影响,提出顶煤可放性的三因素评价准则。