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不同载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化行为及渐进损伤特性
1
作者
王凯
左晓欢
+4 位作者
杜锋
孙加智
张俊文
李康楠
张翔
《采矿与岩层控制工程学报》
北大核心
2025年第5期50-72,共23页
研究常规三轴载荷和分级循环载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化特征及渐进损伤行为,对深部煤岩瓦斯复合动力灾害的防控具有重要意义。采用实验室试验、理论分析等研究方法,开展了不同围压和应力载荷的声发射-渗流-损伤三轴同步试验,...
研究常规三轴载荷和分级循环载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化特征及渐进损伤行为,对深部煤岩瓦斯复合动力灾害的防控具有重要意义。采用实验室试验、理论分析等研究方法,开展了不同围压和应力载荷的声发射-渗流-损伤三轴同步试验,分析了受载含瓦斯煤岩组合体的力学响应特征、渐进损伤行为及能量演化规律,结合宏-细观破坏特征,揭示了围压及应力载荷对含瓦斯煤岩组合体失效行为的影响机制。研究结果表明:(1)组合体试样的峰值强度、弹性模量、残余强度均随围压增加线性增大,在围压相同时,分级循环载荷下的弹性模量比常规三轴载荷低0.13~1.76 GPa,峰值强度比.常规三轴载荷低8.91%~20.81%;(2)围压升高显著抑制裂隙发育,但分级循环载荷的起裂应力比和损伤应力比更低,试样更易在低应力下产生裂纹;(3)试样声发射信号随渐进损伤特征应力呈阶段性变化特征,峰值声发射计数随围压的提高而增大。围压的增加会限制试样内部裂纹的扩展和贯通,分级循环载荷下,声发射计数的Kaiser效应区延长,Felicity效应区缩短;(4)分级循环载荷的总能量、弹性能和耗散能均高于常规三轴载荷,较大应力幅值区间内能量耗散更显著,试样破坏面的SEM细观结构更加复杂和粗糙,裂纹和孔隙特征更加明显,分形维数值比常规三轴载荷大0.057~0.280;(5)高围压产生的损伤作用大于压缩限制作用,加剧了煤岩组合体的界面破坏效应,破坏模式以剪切破坏为主。研究结果为深部煤层开采过程中高应力、高瓦斯压力区的煤岩瓦斯复合动力灾害防控提供理论依据。
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关键词
煤岩
瓦斯
复合动力灾害
含瓦斯煤岩组合体
分级循环载荷
力学响应
能量演化
宏-细观失效行为
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职称材料
题名
不同载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化行为及渐进损伤特性
1
作者
王凯
左晓欢
杜锋
孙加智
张俊文
李康楠
张翔
机构
中国矿业大学(北京)内蒙古研究院
中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室
中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院
昆明理工大学公共安全与应急管理学院
中国矿业大学(北京)能源与矿业学院
出处
《采矿与岩层控制工程学报》
北大核心
2025年第5期50-72,共23页
基金
国家重点研发计划资助项目(2023YFC3009003)
国家自然科学基金资助项目(52130409,52374249)
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2024JCCXAQ01)。
文摘
研究常规三轴载荷和分级循环载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化特征及渐进损伤行为,对深部煤岩瓦斯复合动力灾害的防控具有重要意义。采用实验室试验、理论分析等研究方法,开展了不同围压和应力载荷的声发射-渗流-损伤三轴同步试验,分析了受载含瓦斯煤岩组合体的力学响应特征、渐进损伤行为及能量演化规律,结合宏-细观破坏特征,揭示了围压及应力载荷对含瓦斯煤岩组合体失效行为的影响机制。研究结果表明:(1)组合体试样的峰值强度、弹性模量、残余强度均随围压增加线性增大,在围压相同时,分级循环载荷下的弹性模量比常规三轴载荷低0.13~1.76 GPa,峰值强度比.常规三轴载荷低8.91%~20.81%;(2)围压升高显著抑制裂隙发育,但分级循环载荷的起裂应力比和损伤应力比更低,试样更易在低应力下产生裂纹;(3)试样声发射信号随渐进损伤特征应力呈阶段性变化特征,峰值声发射计数随围压的提高而增大。围压的增加会限制试样内部裂纹的扩展和贯通,分级循环载荷下,声发射计数的Kaiser效应区延长,Felicity效应区缩短;(4)分级循环载荷的总能量、弹性能和耗散能均高于常规三轴载荷,较大应力幅值区间内能量耗散更显著,试样破坏面的SEM细观结构更加复杂和粗糙,裂纹和孔隙特征更加明显,分形维数值比常规三轴载荷大0.057~0.280;(5)高围压产生的损伤作用大于压缩限制作用,加剧了煤岩组合体的界面破坏效应,破坏模式以剪切破坏为主。研究结果为深部煤层开采过程中高应力、高瓦斯压力区的煤岩瓦斯复合动力灾害防控提供理论依据。
关键词
煤岩
瓦斯
复合动力灾害
含瓦斯煤岩组合体
分级循环载荷
力学响应
能量演化
宏-细观失效行为
Keywords
coal-rock gas compound dynamic disaster
gas-bearing coal-rock combination
graded cyclic loading
mechanical response
energy evolution
macro-meso failure behavior
分类号
TD712 [矿业工程—矿井通风与安全]
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作者
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1
不同载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化行为及渐进损伤特性
王凯
左晓欢
杜锋
孙加智
张俊文
李康楠
张翔
《采矿与岩层控制工程学报》
北大核心
2025
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