微波-水交互作用下富油煤岩渐进性破坏规律试验

作     者：单鹏飞 杨攀 来兴平 孙浩强 郭中安 顾合龙 李伟 张帅 SHAN Pengfei;YANG Pan;LAI Xingping;SUN Haoqiang;GUO Zhong'an;GU Helong;LI Wei;ZHANG Shuai

作者机构：西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学西部煤炭绿色安全开发国家重点实验室陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点试验室陕西西安710054 陕西中太能源投资有限公司陕西榆林719109 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2023年第42卷第S02期

页      面：3884-3896页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52274138) 陕西省创新能力支撑计划项目(2022KJXX-58) 榆林高新区科技计划项目(ZD-2021-01) 

主　　题：岩石力学 富油煤 微波辐射 含水率 能量演化 破坏特征 分形维数 

摘      要：陕北富油煤储量大,其组分内含有较多页岩气,同时其内部裂隙少、致密、强度大,井下开采过程呈现“三大一快,容易形成顶板大面积悬顶和其他次生灾害。常规治理顶板动力灾害的手段存在诸多不足,故此引入微波辐射,制作不同含水率的富油煤样,通过微波照射不同含水率下的富油煤,分析微波照射前后煤样的物理力学性质,研究微波作用下不同含水率煤样的裂隙扩展规律、煤样最终破坏形态和基于煤样碎块等效边长-质量下的分形维数。试验结果表明:(1)同一微波辐射条件下,煤岩试样能量积聚和耗散与含水率呈负相关,富油煤纵波波速平均下降幅度分别为4.22%,7.23%,11.76%,能量积聚和耗散进一步降低。(2)随着含水率增大,富油煤破坏模式由压剪破坏逐步转变为拉剪混合破坏,引入微波辐射,富油煤破坏程度继续增大,破坏模式由剪切破坏逐步转变为柱状拉伸破坏。相较于水,微波对煤样的改造作用更强,水的参与使得微波作用效果提升明显。(3)随含水率增大,分形维数呈现递减趋势,引入微波后,分形维数递减速率更为明显。因此两者对于分形维数递减均呈促进作用。揭示富油煤经微波与水交互作用下的渐进性破坏规律,为微波与水力交互压裂机制提供有效参考,为顶板动力灾害防治措施提供基础性理论支撑。