單軸壓縮狀態(tài)下含瓦斯煤巖力學特性試驗研究_圖文

1、 132采礦與安全工程學報第27卷加,因此煤柱的安全穩(wěn)定問題成為關系著井下采煤工程安全與否的關鍵問題,而留設的煤柱又多處于單向受載情況下一可認為處于單軸壓縮狀態(tài)下,故研究單軸壓縮情況下含瓦斯煤樣的力學性質,對于維護井下煤柱有效性、地下采掘空間的安全及瓦斯災害的防治均具有重要實際意義.國內外關于煤體變形特性研究較多,但多集中在不含瓦斯煤巖體的單軸、三軸壓縮狀態(tài)下的變形特性及含瓦斯煤巖體三軸壓縮狀態(tài)下的變形特性方面的研究口1.由于含瓦斯煤樣的單軸壓縮試驗要求煤樣內必須確實存在瓦斯,且單軸壓縮情況下煤樣內保存瓦斯難度較大,因而其實現(xiàn)存在較大難度.本文設計的含瓦斯煤樣單軸壓縮的試驗方案,以一定瓦斯壓力

2、下飽和吸附瓦斯后的煤樣為研究對象,對試驗用樣采取一系列保護措施,使得殘存瓦斯確實存在于試驗煤樣中,從而實現(xiàn)含瓦斯煤樣的單軸壓縮試驗研究.設計試驗方案實現(xiàn)了含瓦斯煤樣的單軸壓縮試驗,且研究成果是對含瓦斯煤樣單軸壓縮試驗研究這部分內容進行有益的補充.1試驗儀器及方案本文試驗所用儀器主要為MTS815巖石力學試驗系統(tǒng).該試驗系統(tǒng)主要可以測試各種固體材料在復雜應力狀態(tài)下的力學以及滲流特性,且可進行巖石的抗拉試驗、單軸壓縮試驗、常溫和高溫下的三軸試驗、循環(huán)壓縮試驗、蠕變試驗、滲透性試驗等.試驗用煤巖試件如圖1所示.圖1試驗用煤巖試件Fig.1Coal sample used in test試驗用樣取自某

3、礦煤層系的軟分層,該層質軟、手捻可碎,曾發(fā)生過嚴重的煤與瓦斯突出事故.因此由該煤樣制備原煤試件難度較大,故實驗用樣采用型煤試件.煤樣自井下采取后,運至地面實驗室,經(jīng)粉碎篩選,取顆粒2040目的煤粉經(jīng)加壓成型制成型煤試件.在制備過程中試件內不添加任何黏結劑,目的是使試件保持與原煤試件性質的高度相似性,成型壓力根據(jù)前人經(jīng)驗選取100MPa,達到成型壓力后穩(wěn)定20min,目的是使試件受載充分并使試件內部均勻.2試驗結果及分析2.1應力一應變關系曲線研究根據(jù)試驗研究結果,得到了典型的單軸壓縮狀態(tài)下含瓦斯煤樣應力一應變特性曲線(瓦斯壓力O.2 MPa,如圖2,3所示.芒至R毯星暴量蠢基暴圖2含瓦斯煤樣單

4、軸壓縮應力一應變曲線Fig.2Stressstrain curve of coal containgas under uniaxial compression圖3含瓦斯煤樣單軸壓縮應力一應變一體積應變曲線Fig.3Stress-strain?voIumetric strain curveof coal contain gas under uniaxial compression由圖可知:1含瓦斯煤樣的彈性及壓密階段不明顯.試件是經(jīng)過加壓成型的煤樣試件,其內部的孔隙、裂隙較為均勻且孔隙裂隙非常細小,又加之其孔隙裂隙內的瓦斯壓力作用,導致其在壓應力作用下產(chǎn)生變形量非常微小后即完成了試件壓密.2含瓦斯煤樣的線彈性階段維持時間較長,且線性較好.此階段內可能是煤樣內原有微小的孔 隙、裂隙在較大壓應力作用下,發(fā)生了閉合和結構 單軸壓縮狀態(tài)下含瓦斯煤巖力學特性試驗研究作者:趙洪寶, 李振華, 仲淑姮, 羅燁作者單位:趙洪寶,仲淑姮,羅燁(中國礦業(yè)大學,資源與安全工程學院,北京,100083, 李振華(中國礦業(yè)大學,資源與安全工程學院,北京,100083;河南理工大學,能源學院,河南,焦作454001刊名: 采礦與安全工程學報英文刊名:JOURNAL OF MINING AND SAFETY ENGINEERING年,卷(期: