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含裂隙煤体能量耗散特征与冲击倾向性研究

煤炭科学技术 2023年第5期51卷 32-44页

作者：朱志洁李瑞琪汤国水韩军王来贵吴云龙辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 滁州职业技术学院组织人事处安徽滁州239000

冲击倾向性是煤岩体能否发生冲击地压的自然属性,裂隙的分布对其有重要影响。为研究煤体原始裂隙对能量耗散特征和冲击倾向性的影响机制,采用PFC2D数值模拟方法,对不同裂隙类型的煤体试件进行了单轴压缩测试。研究表明:①随着裂隙倾角... 详细信息

冲击倾向性是煤岩体能否发生冲击地压的自然属性,裂隙的分布对其有重要影响。为研究煤体原始裂隙对能量耗散特征和冲击倾向性的影响机制,采用PFC2D数值模拟方法,对不同裂隙类型的煤体试件进行了单轴压缩测试。研究表明:①随着裂隙倾角的增大,宏观力学参数抗压强度和弹性模量均表现为先减小后增大的趋势;当裂隙倾角为30°时,两者都取得最小值。不同裂隙类型宏观力学参数大小关系为:非共面平行双裂隙试件冲击倾向性进行分析,提出了弹性能储存率和弹性能释放率2个冲击倾向性指标。④随着裂隙倾角的增大,弹性能储存率和弹性能释放率均表现为先减小后增大的趋势;当裂隙倾角为30°时,两冲击倾向性指标都取得最小值。不同裂隙类型冲击倾向性大小关系为:非共面平行双裂隙试件冲击倾向性具有显著影响,在煤岩体的冲击倾向性评价和冲击地压防治中应考虑裂隙这一因素。

关键词：冲击倾向性裂隙煤体冲击地压颗粒流模拟单轴压缩

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冲击倾向性对煤体动态断裂行为的影响研究

煤矿安全 2023年第12期54卷 88-96页

作者：李果张传玖杨永亮国能神东煤炭集团有限责任公司陕西神木719315 国能神东煤炭集团有限责任公司布尔台煤矿内蒙古鄂尔多斯017209

为了探明冲击倾向性对煤体动态断裂特性的影响,对3类煤体进行了变上限循环加卸载试验及动静态I型动态断裂试验。结果表明:3类煤体变应力上限循环加卸载过程中的应变能U^(n)_(e)与输入能U^(n)_(in)之间存在近似线性函数关系,其统一表达... 详细信息

为了探明冲击倾向性对煤体动态断裂特性的影响,对3类煤体进行了变上限循环加卸载试验及动静态I型动态断裂试验。结果表明:3类煤体变应力上限循环加卸载过程中的应变能U^(n)_(e)与输入能U^(n)_(in)之间存在近似线性函数关系,其统一表达公式为U^(n)_(e)=1.032U^(n)_(in)−5.536;同时测定以上3类煤体剩余弹性能指数C_(EF)分别为25.35、30.34、33.26 kJ/m^(3);通过单边缺口梁三点弯曲试验测得的以上3类煤体静态I型断裂韧度值K_(IC)值分别为0.249、0.291、0.347 MPa·m^(1/2),同时测得的冲击载荷作用下动态K_(IC)分别为0.344、0.416、0.527 MPa·m^(1/2),随着C_(EF)的增加,煤体动态K_(IC)增长倍数逐渐增大,表明煤体冲击倾向性将直接影响其动态断裂力学响应,煤体冲击倾向性越大,其动态断裂参数提高越多;此外,随着煤体冲击倾向程度的增加,动载荷作用后煤体破碎分形维数随之增大,表明煤体受冲击后断裂崩解的更加复杂破碎,动态断裂响应变得更加显著。

关键词：冲击倾向性煤体剩余弹性能指数冲击载荷断裂韧度

不同加载刚度下煤体冲击倾向性测试及评价指数分析

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岩石力学与工程学报 2023年第12期42卷 2982-2992页

作者：尹延春赵同彬李海涛汤兴学朱元慧山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 煤炭科学研究总院深部开采与冲击地压防治研究院北京100013 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

煤矿冲击地压是顶板–巷帮系统动力失稳破坏的工程灾变问题,顶板作用下的巷帮冲击破坏研究更符合井下原位地质与工程条件。利用研制的多级可调刚度加载装置,研究不同试验机加载刚度下煤体冲击倾向性指数测试结果,并根据建立的巷道围岩... 详细信息

煤矿冲击地压是顶板–巷帮系统动力失稳破坏的工程灾变问题,顶板作用下的巷帮冲击破坏研究更符合井下原位地质与工程条件。利用研制的多级可调刚度加载装置,研究不同试验机加载刚度下煤体冲击倾向性指数测试结果,并根据建立的巷道围岩供能冲击表征模型,提出评价巷帮冲击危险性的冲击供能指数。研究表明:随着试验机–试件刚度比的减小,煤体峰后破坏速度加快,破坏形式由块体开裂和剥离转化为碎块崩裂和弹射,碎块分形维数增大,试件破碎程度增强;煤体单轴抗压强度、弹性能量指数的测试值与刚度比相关性很小,动态破坏时间与刚度比呈幂函数正相关的关系,冲击能量指数与刚度比呈幂函数负相关的关系;顶板供能与巷帮煤体释放弹性能叠加是造成巷帮冲击破坏的重要原因,随着顶板–巷帮刚度比的减小,顶板对巷帮供能增加,冲击危险性增强。提出的考虑顶板刚度与供能的巷帮冲击供能指数,可作为评价不同顶板与巷帮组合刚度条件下巷帮冲击危险性的重要指标。

关键词：采矿工程冲击地压刚度理论冲击倾向性冲击危险性顶板刚度巷帮煤体

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尺寸效应对煤体冲击倾向性的影响研究

煤炭科学技术 2022年第S2期50卷 170-179页

作者：孙如达张传玖李红平贾兵兵中煤科工开采研究院有限公司北京100013 国能神东煤炭布尔台煤矿内蒙古鄂尔多斯017209 国家能源集团新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830000

不同尺度煤体冲击倾向性研究对于厘清煤炭地下开采过程中冲击地压尺寸效应形成机制起着关键作用。为探明煤体冲击倾向性尺寸效应,对不同尺寸煤试件进行单轴压缩及变上限循环加卸载试验。试验结果表明:与标准(ϕ50 mm×100 mm)煤试件相比... 详细信息

不同尺度煤体冲击倾向性研究对于厘清煤炭地下开采过程中冲击地压尺寸效应形成机制起着关键作用。为探明煤体冲击倾向性尺寸效应,对不同尺寸煤试件进行单轴压缩及变上限循环加卸载试验。试验结果表明:与标准(ϕ50 mm×100 mm)煤试件相比,小尺寸(ϕ25 mm×50 mm)煤试件的平均单轴抗压强度增加了8.02%,弹性模量增加了23.16%;大尺寸(ϕ75 mm×150 mm)煤试件的平均单轴抗压强度降低了11.03%,弹性模量降低了7.37%。随着煤试件尺寸的增加,声发射累积事件总数不断降低,临近破坏时煤试件表面位移场趋于无序变化。经CT扫描煤体试件内部微裂隙分形维数随其尺寸扩大不断增加,表明较大尺寸煤试件内部裂纹数量增多且空间分布更加复杂,这直接导致煤体呈现出尺寸效应特征。煤体试件尺寸从ϕ25 mm×50 mm增加至ϕ75 mm×150 mm,其剩余弹性能指数C^(EF)由26.53 kJ/m^(3)降低为21.36 kJ/m^(3),这表明尺寸效应将直接影响煤体的冲击倾向性,同种煤体的尺寸越大,其冲击倾向性越小。

关键词：冲击倾向性尺寸效应煤体裂纹剩余弹性能指数

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冲击倾向性煤体破坏过程声热效应的试验研究

岩石力学与工程学报 2007年第5期26卷 965-971页

作者：赵毅鑫姜耀东韩志茹中国矿业大学"煤炭资源与安全开采"国家重点实验室北京100083 中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083

介绍自行设计的多系统、同步监测试验机构,并对冲击倾向性煤体分别进行单向加载和循环加载破坏试验。利用系统所具有的红外热像、声发射、应变等监测方式,分析两种加载条件下,冲击倾向性煤体破坏过程的声、热效应及破坏前的异常信息特... 详细信息

介绍自行设计的多系统、同步监测试验机构,并对冲击倾向性煤体分别进行单向加载和循环加载破坏试验。利用系统所具有的红外热像、声发射、应变等监测方式,分析两种加载条件下,冲击倾向性煤体破坏过程的声、热效应及破坏前的异常信息特征。对比研究不同监测方式下,冲击倾向性煤体中同一破坏事件的响应速度以及各自响应的灵敏度;获得冲击倾向性煤体的固有物理力学特性,并发现强冲击倾向性和非冲击倾向性煤体单轴压缩时的最终破坏前兆点分别为0.9和0.7个荷载强度比,也说明强冲击倾向性煤体的失稳破坏更突然、更难于预测。

关键词：采矿工程冲击倾向性热红外线声发射冲击地压单轴压缩

冲击倾向性煤不同损伤程度声发射分形特征研究

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煤炭科学技术 2021年第9期49卷 38-46页

作者：郭海峰宋大钊何学秋娄全邱黎明北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 School of Civil Mining and Environmental EngineeringUniversity of WollongongWollongong NSW 2522Australia 中安安全工程研究院北京100083 河南城建学院市政与环境工程学院河南平顶山467036

为研究冲击倾向性煤单轴压缩过程中不同损伤程度声发射分形特征,对冲击倾向性煤进行了单轴压缩试验,基于声发射振铃次数损伤模型和声发射参数时间序列分形维数计算模型,对煤样破坏过程中的损伤演化和不同损伤程度分形维数进行了研究。... 详细信息

为研究冲击倾向性煤单轴压缩过程中不同损伤程度声发射分形特征,对冲击倾向性煤进行了单轴压缩试验,基于声发射振铃次数损伤模型和声发射参数时间序列分形维数计算模型,对煤样破坏过程中的损伤演化和不同损伤程度分形维数进行了研究。研究表明:煤样有大破裂产生时,声发射会出现阶段性增高的现象,较大振铃次数的产生是裂纹扩展、集聚过程中能量释放的结果,冲击煤声发射活动频发大都发生在应力应变全过程的后期;煤样的损伤应变过程可分为3个阶段:初始损伤阶段,损伤演化阶段、损伤持续增长阶段,各阶段的声发射振铃次数占比分别为1.61%、14.83%、83.56%,冲击煤损伤持续增长阶段的时间占比少,但声发射振铃多。随着煤样损伤程度的增加,声发射分形维数先增大,当煤样损伤程度达到30%后突然下降,然后保持波动上升,在煤样损伤程度达到80%时,达到局部峰值后,发生突降,整体变化趋势呈现倾斜的“M”型。分形维数达到峰值后发生突降的现象可作为煤样失稳破坏的前兆信息。

关键词：冲击倾向性振铃次数损伤程度声发射分形维数

多级围压变应力下限循环加卸载煤体冲击倾向性特征研究

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煤矿安全 2023年第10期54卷 107-116页

作者：张传玖杜涛涛任建慧李宣良国能神东煤炭集团有限责任公司布尔台煤矿内蒙古鄂尔多斯017209 中煤科工开采研究院有限公司北京100013

围压作用下煤体冲击倾向性研究对于探明地下深部矿井中煤体冲击地压形成机理起着关键作用。为了探究不同围压作用对煤体冲击倾向性的影响,对煤体进行了多级围压下不同应力下限循环加卸载。结果表明:在3、6、9 MPa围压环境下变应力下限... 详细信息

围压作用下煤体冲击倾向性研究对于探明地下深部矿井中煤体冲击地压形成机理起着关键作用。为了探究不同围压作用对煤体冲击倾向性的影响,对煤体进行了多级围压下不同应力下限循环加卸载。结果表明:在3、6、9 MPa围压环境下变应力下限循环加卸载作用后煤试件抗压强度分别增加了3.1%、4.7%、6.2%,最后一级循环加卸载过程中轴向应变分别增加了0.61%、0.42%、0.28%,体积应变分别增长了0.32%、0.24%、0.17%,表明煤体受到的围压越大对煤体变形约束越强;随着围压的提高,声发射事件累积数量逐渐降低,峰后声发射累积数量不断降低,累积能量同样逐步降低,表明随着围压的升高,煤试件变得更加致密,破坏形式逐渐由脆性破坏过渡到韧性破坏;经过3、6、9 MPa围压作用,输入能Uinn与弹性应变能Uen不断升高,较之常压条件下煤试件剩余弹性能指数CEF分别提高了21.76%、42.92%、71.69%,说明围压对煤体冲击倾向性具有增强作用,且剩余弹性能指数CEF与围压σ3具有线性函数关系。

关键词：煤体围压冲击倾向性循环加卸载剩余弹性能指数

基于WGKMW-SVM的冲击倾向性评价模型

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煤炭技术 2023年第8期42卷 185-188页

作者：张亭赵晓凤西北矿冶研究院甘肃白银730900

对煤的冲击倾向性进行评价是冲击地压灾害防治的前提。现有的冲击倾向性评价方法存在一定的不足之处,针对这一问题,收集了以动态破坏时间DT、弹性能量指数W_(ET)、冲击能量指数K_(E)和单轴抗压强度R_(C)为评价指标的数据库,建立冲击倾... 详细信息

对煤的冲击倾向性进行评价是冲击地压灾害防治的前提。现有的冲击倾向性评价方法存在一定的不足之处,针对这一问题,收集了以动态破坏时间DT、弹性能量指数W_(ET)、冲击能量指数K_(E)和单轴抗压强度R_(C)为评价指标的数据库,建立冲击倾向性评价的WGKMW-SVM模型,评价准确率达92.6%。将WGKMW-SVM模型应用于万峰煤矿,评价结果与工作面煤层一致,得到一种高效准确、具有应用前景的冲击倾向性评价方法。

关键词：冲击倾向性支持向量机加权多宽度高斯核比较研究工程应用

不同压力CO_(2)作用对煤体冲击倾向性的影响研究

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矿业研究与开发 2023年第9期43卷 134-140页

作者：于秋南李彦斌太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

煤体冲击倾向性研究对于探明地下深部煤炭开采过程中冲击地压的形成机理具有重要意义。为了探究不同压力CO_(2)作用对煤体冲击倾向性的影响,对不同压力CO_(2)浸泡作用后的煤试件进行单轴压缩及变上限循环加卸载试验。试验结果表明:经过2... 详细信息

煤体冲击倾向性研究对于探明地下深部煤炭开采过程中冲击地压的形成机理具有重要意义。为了探究不同压力CO_(2)作用对煤体冲击倾向性的影响,对不同压力CO_(2)浸泡作用后的煤试件进行单轴压缩及变上限循环加卸载试验。试验结果表明:经过2, 4, 6, 8 MPa与10 MPa压力的CO_(2)作用后,煤试件单轴抗压强度分别下降了9.97%、16.14%、25.02%、45.97%与52.77%,弹性模量分别降低了11.01%、18.35%、27.52%、44.95%。随着CO_(2)浸泡压力的增加,煤样力学特性劣化程度逐渐加剧,声发射累积事件总数降低。从微观层面解释了CO_(2)作用对煤体的损伤机理。不同压力CO_(2)浸泡后煤试件变上限循环加卸载过程中的输入能U_(in)^(n)与弹性能U_(e)^(n)均符合线性关系。经过2, 4, 6, 8 MPa与10 MPa压力的CO_(2)作用后,较原始煤试件剩余弹性能指数C_(EF)分别降低了9.35%、17.16%、25.54%、47.18%与55.48%,表明CO_(2)对煤体冲击倾向性具有弱化作用,且CO_(2)达到其超临界态时对煤体冲击倾向性的弱化效果更明显。

关键词：冲击倾向性二氧化碳煤体损伤剩余弹性能指数