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循环载荷下煤样能量转化与碎块分布特征
被引量：
37
1
作者
李杨杨
张士川
+4 位作者
文志杰
赵仁乐
曹志国
伦庆忠
白景志
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第5期1411-1420,共10页
煤矿开采中煤体常处于反复加卸载过程,研究煤体在不同加载速率重复载荷作用下的能量转化与破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。利用MTS815.03伺服实验系统,通过单轴循环加卸载试验,结合能量和分形理论,获得了不同加载速率下...
煤矿开采中煤体常处于反复加卸载过程,研究煤体在不同加载速率重复载荷作用下的能量转化与破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。利用MTS815.03伺服实验系统,通过单轴循环加卸载试验,结合能量和分形理论,获得了不同加载速率下煤样变形破坏各阶段能量积聚、耗散和释放的转化机制及其与煤样碎块块度分布规律的内在关系,为开展重复载荷作用下煤岩破裂响应及破坏机制的研究提供依据。试验结果表明:煤样能量转化具有明显的阶段性特征,可分为能量初始积累阶段、能量加速积累阶段和能量快速耗散阶段。煤样破坏前耗散能所占比例经历了高—低—高的过程,而弹性能则相反,加载后期弹性能比例下降或耗散能比例的升高,预示着煤样进入加速破坏阶段;能量集聚和释放与加载速率密切相关,随着加载速率的增大,峰值前弹性能所占比例逐渐增加,煤样破坏前更多的能量以弹性能形式储存在煤样体内,岩石破坏后,更多的能量被释放出来,煤样破坏越剧烈,其宏观破坏形态由剪切张拉和劈裂破坏向弹射破坏过渡;循环加卸载下煤样碎块分形特征具有明显的分段性,在小于尺寸阈值范围内具有较好的自相似性特征,不同加载速率下碎块分形维数为2~3,且随加载速率的增加成线性增长;加载速率越大碎块分形维数越大,煤样破碎程度越高,大块碎块所占比例越小,煤样碎块越破碎且单块碎块质量越小,煤样发生动力灾害的危险性越大。
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关键词
煤矿动力灾害
循环加卸载
能量转化
加载速率
分形
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职称材料
采动裂隙突水溃砂过程物理参量变化特征试验研究
被引量：
10
2
作者
张士川
李杨杨
+3 位作者
李金平
杨维弘
王桂利
文志杰
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第10期3548-3555,共8页
采动破断裂缝沟通上部浅埋松软岩层导致水砂混合物溃入井下,对矿井生产及相关工程设施的安全造成严重的影响,因此,研究浅埋松软岩层采动裂隙突水溃砂机制对认清突水溃砂灾害本质具有指导意义。首先,通过创建的裂隙内砂体突涌力学模型,...
采动破断裂缝沟通上部浅埋松软岩层导致水砂混合物溃入井下,对矿井生产及相关工程设施的安全造成严重的影响,因此,研究浅埋松软岩层采动裂隙突水溃砂机制对认清突水溃砂灾害本质具有指导意义。首先,通过创建的裂隙内砂体突涌力学模型,分析了裂隙突水溃砂发生的极限平衡条件。其次,利用突水溃砂试验系统,借助流量传感器和孔隙水压传感器进行了不同初始水压条件下人工模拟裂隙内水砂溃涌试验,获得了流量、孔隙水压等参数变化特征,定量化分析了裂隙突水溃砂各阶段内水砂运移特征及各物理参量关联性变化特征。试验结果表明:裂隙内水砂溃涌全过程可以划分为4个阶段,即溃砂启动阶段、持续溃出阶段、淤积堵塞阶段和溃出平衡阶段。在第1阶段,流量瞬间增大,各监测点孔隙水压瞬间降低;在第2阶段,水砂逐渐充满通道内径,孔隙水压及流量基本保持不变;在第3阶段,通道内砂体发生部分淤积,造成流量逐渐降低,孔隙水压逐渐增大;在第4阶段可分为2种情况,一是当本阶段水压低于极限水压时突水溃砂停止,二是当高于极限水压时水砂突涌持续并稳定。一定初始压力下,发生运移的砂体具有一定的空间范围,距裂隙较远处孔隙水压的变化具有滞后性;随着初始压力的增大,裂隙通道砂体淤积堵塞所需时间降低,导致砂体持续溃出时间降低;初始水压达到阙值后,裂隙内水砂溃出体积率达到峰值且水压稳定。裂隙突水溃砂结束后,随着初始水压的增大砂体中部形成“塌陷坑”的空间分布范围存在增大的趋势。
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关键词
突水溃砂
采动裂隙
浅埋煤层
地下水库
流量
孔隙水压
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职称材料
题名
循环载荷下煤样能量转化与碎块分布特征
被引量：
37
1
作者
李杨杨
张士川
文志杰
赵仁乐
曹志国
伦庆忠
白景志
机构
山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建
国家
重点
实验室
培育基地
山东能源临沂矿业集团有限责任公司
煤矿开采水资源保护与利用国家重点实验室
山东大学岩土与结构工程研究中心
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第5期1411-1420,共10页
基金
国家重点研发计划资助项目(2016YFC0600708)
国家自然科学基金资助项目(51804179)
山东省重点研发计划资助项目(2018GSF120003)
文摘
煤矿开采中煤体常处于反复加卸载过程,研究煤体在不同加载速率重复载荷作用下的能量转化与破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。利用MTS815.03伺服实验系统,通过单轴循环加卸载试验,结合能量和分形理论,获得了不同加载速率下煤样变形破坏各阶段能量积聚、耗散和释放的转化机制及其与煤样碎块块度分布规律的内在关系,为开展重复载荷作用下煤岩破裂响应及破坏机制的研究提供依据。试验结果表明:煤样能量转化具有明显的阶段性特征,可分为能量初始积累阶段、能量加速积累阶段和能量快速耗散阶段。煤样破坏前耗散能所占比例经历了高—低—高的过程,而弹性能则相反,加载后期弹性能比例下降或耗散能比例的升高,预示着煤样进入加速破坏阶段;能量集聚和释放与加载速率密切相关,随着加载速率的增大,峰值前弹性能所占比例逐渐增加,煤样破坏前更多的能量以弹性能形式储存在煤样体内,岩石破坏后,更多的能量被释放出来,煤样破坏越剧烈,其宏观破坏形态由剪切张拉和劈裂破坏向弹射破坏过渡;循环加卸载下煤样碎块分形特征具有明显的分段性,在小于尺寸阈值范围内具有较好的自相似性特征,不同加载速率下碎块分形维数为2~3,且随加载速率的增加成线性增长;加载速率越大碎块分形维数越大,煤样破碎程度越高,大块碎块所占比例越小,煤样碎块越破碎且单块碎块质量越小,煤样发生动力灾害的危险性越大。
关键词
煤矿动力灾害
循环加卸载
能量转化
加载速率
分形
Keywords
mining engineering
uniaxial cyclic loading
energy conversion
loading rate
fractal
分类号
TD32 [矿业工程—矿井建设]
TQ531.4 [化学工程—煤化学工程]
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职称材料
题名
采动裂隙突水溃砂过程物理参量变化特征试验研究
被引量：
10
2
作者
张士川
李杨杨
李金平
杨维弘
王桂利
文志杰
机构
山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建
国家
重点
实验室
培育基地
煤矿开采水资源保护与利用国家重点实验室
山东能源临沂矿业集团有限责任公司
江西星火军工工业有限公司
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第10期3548-3555,共8页
基金
煤矿开采水资源保护与利用国家重点实验室开放基金资助项目(SHJT-17-42.14)
国家自然科学基金资助项目(51804179)
“泰山学者”优势特色学科人才团队支持计划资助项目。
文摘
采动破断裂缝沟通上部浅埋松软岩层导致水砂混合物溃入井下,对矿井生产及相关工程设施的安全造成严重的影响,因此,研究浅埋松软岩层采动裂隙突水溃砂机制对认清突水溃砂灾害本质具有指导意义。首先,通过创建的裂隙内砂体突涌力学模型,分析了裂隙突水溃砂发生的极限平衡条件。其次,利用突水溃砂试验系统,借助流量传感器和孔隙水压传感器进行了不同初始水压条件下人工模拟裂隙内水砂溃涌试验,获得了流量、孔隙水压等参数变化特征,定量化分析了裂隙突水溃砂各阶段内水砂运移特征及各物理参量关联性变化特征。试验结果表明:裂隙内水砂溃涌全过程可以划分为4个阶段,即溃砂启动阶段、持续溃出阶段、淤积堵塞阶段和溃出平衡阶段。在第1阶段,流量瞬间增大,各监测点孔隙水压瞬间降低;在第2阶段,水砂逐渐充满通道内径,孔隙水压及流量基本保持不变;在第3阶段,通道内砂体发生部分淤积,造成流量逐渐降低,孔隙水压逐渐增大;在第4阶段可分为2种情况,一是当本阶段水压低于极限水压时突水溃砂停止,二是当高于极限水压时水砂突涌持续并稳定。一定初始压力下,发生运移的砂体具有一定的空间范围,距裂隙较远处孔隙水压的变化具有滞后性;随着初始压力的增大,裂隙通道砂体淤积堵塞所需时间降低,导致砂体持续溃出时间降低;初始水压达到阙值后,裂隙内水砂溃出体积率达到峰值且水压稳定。裂隙突水溃砂结束后,随着初始水压的增大砂体中部形成“塌陷坑”的空间分布范围存在增大的趋势。
关键词
突水溃砂
采动裂隙
浅埋煤层
地下水库
流量
孔隙水压
Keywords
water and sand burst
mining fracture
shallow coal seam
groundwater reservoir
flow
pore water pressure
分类号
TD745 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
循环载荷下煤样能量转化与碎块分布特征
李杨杨
张士川
文志杰
赵仁乐
曹志国
伦庆忠
白景志
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
37
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
采动裂隙突水溃砂过程物理参量变化特征试验研究
张士川
李杨杨
李金平
杨维弘
王桂利
文志杰
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
10
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职称材料
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