低温和含水率对重塑性煤体抗剪强度影响研究

为了研究温度—含水率耦合作用下重塑性煤体抗剪强度的变化规律,保障松软煤层安全高效稳定开采,采用直剪试验分析了重塑性煤体在较低温度(20、0、-10、-20、-30、-40℃)、一定含水率(0、0.8%、4%、8%、12%、16%)耦合作用下的抗剪强度特性,并通过数学统计分析了温度与含水率对抗剪强度的影响。研究结果表明:含水率为0时重塑性煤体的黏聚力随着温度的降低呈幂指数增加;温度—含水率耦合作用下重塑性煤体的抗剪强度均与垂向应力成正比,均符合莫尔-库仑准则;在温度为10~20℃、含水率为12%~16%时,黏聚力达到最大值322.9 kPa,最小值138.0 kPa出现在温度-40℃、含水率4%附近;在-20~-40℃温度下,重塑性煤体内摩擦角随含水率的增加逐渐降低至最小值18.25°;当含水率为6%~13%、温度为-20~10℃时,内摩擦角达到最大值31.45°,对应抗剪强度达到最大值。温度—含水率耦合作用下,重塑性煤体抗剪强度、内摩擦角与黏聚力均受温度的影响较大。

低温环境下重塑性煤体抗压性能研究

为研究低温重塑性煤体抗压性能,实现安全快速石门揭煤,防治煤与瓦斯突出,将煤样进行破碎、筛选、压制得到重塑煤样试件,在一定温度(−40、−30、−20、−10、0、20℃),一定含水率(0%、4%、8%、12%、16%)相互耦合下进行单轴压缩实验研究,分析重塑性煤体的破坏特征和力学性能。实验结果表明:重塑性煤体在常温(20℃)和0℃条件下,抗压强度随含水率升高逐渐降低;在冻结温度下,煤样试件内部产生的冻胀力随着温度的降低而逐渐减小,重塑性煤抗压强度得到明显的增强;低温(−40℃)和高含水率(16%)耦合作用下重塑性煤体抗压强度、峰值应力、峰值应变均达到最大,最大依次提高164.24%、165.71%、685.72%。