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冲击倾向性煤体的三点弯曲动态断裂实验

煤炭学报 2007年第12期32卷 1269-1272页

作者：赵毅鑫姜耀东王向阳李超栋中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

采用三点弯曲冲击断裂实验装置和分布式多火花高速摄影系统对冲击倾向性煤体内裂纹扩展过程进行了观测,分析了裂纹扩展速度、动态裂纹扩展摸式和裂纹扩展的非稳定性.研究发现:冲击倾向性煤体内裂纹扩展具有高度的非线性特征;煤体的非均... 详细信息

采用三点弯曲冲击断裂实验装置和分布式多火花高速摄影系统对冲击倾向性煤体内裂纹扩展过程进行了观测,分析了裂纹扩展速度、动态裂纹扩展摸式和裂纹扩展的非稳定性.研究发现:冲击倾向性煤体内裂纹扩展具有高度的非线性特征;煤体的非均质性和不连续性对动态裂纹扩展模式和裂纹扩展速度有较大影响.实验结果解释了由放炮等震动诱发冲击地压灾害的滞后突发机理.

关键词：冲击倾向性动态断裂裂纹扩展非稳定冲击地压

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裂隙角度对煤冲击倾向性的数值模拟研究

煤炭技术 2022年第5期41卷 125-128页

作者：靳涛连清旺太原理工大学矿业工程学院太原030024

煤的层理和割理都极为发育,此外,还存在有一定的无序裂隙,导致煤具有非均质性。在受压状态下裂隙的起裂、扩展及贯通是煤岩体破坏的重要原因,裂隙的存在形式可以改变煤岩体受力状态,并对煤的冲击倾向性造成影响。为探究裂隙角度与冲击... 详细信息

煤的层理和割理都极为发育,此外,还存在有一定的无序裂隙,导致煤具有非均质性。在受压状态下裂隙的起裂、扩展及贯通是煤岩体破坏的重要原因,裂隙的存在形式可以改变煤岩体受力状态,并对煤的冲击倾向性造成影响。为探究裂隙角度与冲击倾向性的关系,利用RFPA2D软件模拟不同裂隙角度下煤体变形破坏的全应力-应变曲线、裂隙发育及破坏形式,进行统计分析,衡量裂隙不同倾角对煤冲击倾向性参数的影响及破坏效果。试验结果表明:(1)裂隙的存在弱化了煤的冲击倾向指标,但单条裂隙与加载方向的夹角不同对煤样应力-应变曲线形态影响不突出,当加载方向与裂隙倾角90°时,冲击倾向性减弱最为显著;(2)不同裂隙倾角形式下裂隙的发育主要表现为沿原始裂隙起裂发育;(3)随着倾角增大,更早出现微小裂隙,且裂隙发育缓慢,持续时间更长,耗散能量增加,宏观破坏程度变弱,冲击倾向性变弱。

关键词：裂隙角度冲击倾向性 RFPA2D 单轴抗压强度冲击能量指数声发射

冲击倾向性煤体的细观特征与裂纹失稳的试验研究

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湖南科技大学学报（自然科学版） 2006年第4期21卷 14-18页

作者：刘文岗姜耀东周宏伟陈忠辉核工业北京地质研究院北京100029 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

对大同忻州窑矿、开滦赵各庄矿具有冲击倾向性煤体试样的扫描电镜(SEM)及三点弯曲试验,分析了冲击煤的显微组分、细观结构特征;并且通过对SEM数字图像和载荷位移关系的分析,初步解释突出煤体裂纹损伤演化的细观机理.试验表明,(1)煤是非... 详细信息

对大同忻州窑矿、开滦赵各庄矿具有冲击倾向性煤体试样的扫描电镜(SEM)及三点弯曲试验,分析了冲击煤的显微组分、细观结构特征;并且通过对SEM数字图像和载荷位移关系的分析,初步解释突出煤体裂纹损伤演化的细观机理.试验表明,(1)煤是非均质材料,突出危险煤的微结构以粒状、网状、片状结构为主,也可以见到鳞片状和压扭性结构;(2)发生冲击地压灾害的破坏煤体中,裂纹主要为新生裂纹,且裂纹的扩展通常具有一定厚度带状区域,裂纹由萌发、维护到结构失稳的破坏过程具有自组织、能量耗散的特征;(3)经过冲击地压破坏后的试样破坏强度低于渐进破坏煤体试样的强度,约为1/3-1/2,这也说明因冲击地压能量突然释放引起的失稳破坏具有显著不同的特征.图10,表1,参10.

关键词：冲击倾向性扫描电镜细观结构裂纹三点弯曲试验

煤高度对组合岩煤力学性质及冲击倾向性的影响

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煤炭学报 2020年第S02期45卷 649-659页

作者：樊玉峰肖晓春徐军吴迪丁鑫王磊吕祥锋辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为揭示煤高度影响的煤和组合煤岩力学性质演化规律,通过开展煤和组合煤岩试样单轴压缩试验,从强度、弹性模量、破坏特征及能量累积等角度对2者异同性进行分析,厘清了煤高度影响的2类试样力学性质变化规律和能量累积耗散演化规律,提出了... 详细信息

为揭示煤高度影响的煤和组合煤岩力学性质演化规律,通过开展煤和组合煤岩试样单轴压缩试验,从强度、弹性模量、破坏特征及能量累积等角度对2者异同性进行分析,厘清了煤高度影响的2类试样力学性质变化规律和能量累积耗散演化规律,提出了一种针对组合煤岩试样的冲击倾向性判定方法。结果表明:随煤高度增加,煤试样和组合煤岩试样的弹性模量趋于一个定值;煤试样的强度与试样高度无明显关系,组合试样的强度随煤高度增加而降低;煤试样的应力峰值变形量在0.5~1.5 mm,随试样高度降低破坏特征从脆性破坏向半脆性破坏转变;组合煤岩试样的应力峰值变形量在1~2 mm,破坏特征均为脆性破坏。2类试样的弹性能密度和应变能密度间有明确的线性关系,该关系不随组合试样中煤高度改变,也不随煤试样高度改变;组合试样中岩石的弹性能密度显著影响峰后煤样部分的破坏速度,由此可基于岩石弹性能密度变化判定组合煤岩冲击倾向性。该判定方法相比于传统"四指标"综合评价方法具有准确度高,操作简便,相关参数互相独立的特点。所得结果为进一步研究组合煤岩能量累积特征和冲击倾向性判定提供借鉴。

关键词：组合煤岩力学性质破坏特征弹性能密度冲击倾向性

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真三轴条件下煤样冲击倾向性变化特征研究

真三轴条件下煤样冲击倾向性变化特征研究

作者：范伟军中国矿业大学

学位级别：硕士

近年来,随着煤炭资源开采深度逐渐增加,煤岩层所受地应力及积聚的能量随之增大,采掘过程中发生冲击地压事故的风险也不断增大。煤样冲击倾向性以及采掘过程中煤体受载状态的改变是诱发冲击地压灾害事故的关键因素,因此分析研究真三轴应... 详细信息

近年来,随着煤炭资源开采深度逐渐增加,煤岩层所受地应力及积聚的能量随之增大,采掘过程中发生冲击地压事故的风险也不断增大。煤样冲击倾向性以及采掘过程中煤体受载状态的改变是诱发冲击地压灾害事故的关键因素,因此分析研究真三轴应力条件下煤样冲击倾向性的变化规律具有重要的工程现实意义。本文通过开展单轴煤岩冲击倾向性实验和真三轴煤岩冲击倾向性实验,对比分析了单轴和真三轴条件下煤样冲击倾向性的差异,研究了不同受载状态下煤样冲击倾向性的变化规律。论文的主要研究结论如下:（1）对50mm×50mm×100mm标准煤样和100mm×100mm×100mm立方体煤样分别进行了单轴冲击倾向性实验,实验结果表明标准煤样与立方体煤样的各项冲击倾向性指标都有差异,但冲击倾向性结论一致,均表现为弱冲击倾向性。说明采用立方体煤样进行冲击倾向性测定的可行性。（2）对100mm×100mm×100mm立方体煤样进行了真三轴不等应力条件下的冲击倾向性实验,开展真三轴条件下煤样的冲击倾向性实验,设置五种不同围压组,依据真三轴冲击倾向性实验方案进行实验,结果表明:水平围压分别为（4MPa,4MPa）、（4MPa,8MPa）、（4MPa,12MPa）、（8MPa,12MPa）、（8MPa,16MPa）时,随着围压的上升,煤样抵抗变形的能力持续增强,煤样的抗压强度、残余强度、动态破坏时间、弹性能量指数逐渐上升,冲击能量指数逐渐下降。（3）对比分析了单轴和真三轴条件下煤样冲击倾向性的差异,研究了围压对煤样冲击倾向性的影响规律,结果表明围压降低了煤样的冲击倾向性。研究了围压的变化对煤样破裂模式的影响规律,发现随着围压的增大,煤样的主破裂面及次生破裂面数量逐渐减少,煤样主要破碎块数量也逐渐减少。该论文共有图28幅,表11个,参考文献95篇

关键词：真三轴冲击倾向性力学特性破裂模式

煤样冲击倾向性分类的多指标评判模型比较及优选

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煤样冲击倾向性分类的多指标评判模型比较及优选

作者：李岳峰昆明理工大学

学位级别：硕士

冲击地压是煤矿生产中的动压灾害,煤岩具有冲击倾向性是发生冲击地压的关键,准确的预测冲击倾向性是冲击地压防治的重要环节。国家标准《GB/T25217.2-2010煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法》中使用动态破坏时间(DT)、弹性能量指数(W... 详细信息

冲击地压是煤矿生产中的动压灾害,煤岩具有冲击倾向性是发生冲击地压的关键,准确的预测冲击倾向性是冲击地压防治的重要环节。国家标准《GB/T25217.2-2010煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法》中使用动态破坏时间(DT)、弹性能量指数(W)、冲击能量指数(K)和单轴抗压强度(R)4个指数进行综合评判,但常常存在4个指数的实测值分属不同的冲击倾向等级,国标列出了73种不同组合情况下的评判结果,对于剩余的8种组合情况,该方法难以判别,需要研究新方法进行判别。本文广泛收集127组煤样冲击倾向性数据,建立冲击倾向性判别的样本数据库。将4种指标无量纲化方法与5种训练方法结合建模,评价20种BP神经网络模型的预测准确性与稳定性,优选出煤样冲击倾向性的BP神经网络判别模型,即统一极差处理法下LMBP神经网络(基于Levenberg-Marquardt算法训练的BP神经网络),其判别准确率达92.91%;采用自适应粒子群优化算法(APSO)优化支持向量机(SVM)的2个重要参数c和g,结合核主成分分析(KPCA)处理原始数据,建立煤样冲击倾向性判别的KPCA-APSO-SVM模型,并与未KPCA处理的APSO-SVM模型预测结果进行对比,优选出煤样冲击倾向性的支持向量机判别模型,即KPCA-APSO-SVM模型,其预测准确率达96.85%;考虑模糊综合评价法中的隶属函数、模糊算子和评价法则,优选出一种煤样冲击倾向性的模糊综合评价模型,即基于梯形分布、加权平均型模糊算子与最大隶属度原则的模糊综合评价模型,其准确率达97.64%。将3种煤样冲击倾向性判别的优选模型用于17组矿山样本进行检验,综合各模型在数据库与工程检验中的表现,最终优选出本文最佳模型,即基于梯形分布、加权平均型模糊算子与最大隶属度原则的模糊综合评价模型。该模型在大样本(数据库)判别中的准确率达97.64%,在小样本(模型验证)判别中的准确率达100%。

关键词：冲击地压冲击倾向性分类预测 BP神经网络支持向量机模糊综合评价

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含瓦斯煤样冲击倾向性演化规律研究

含瓦斯煤样冲击倾向性演化规律研究

作者：王志文辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

冲击地压、煤与瓦斯突出复合引发的动力灾害是深部开采作业中的复杂动力现象。近年来,随着我国煤矿逐渐进入深部开采,煤层地质赋存条件越发复杂,兼具高瓦斯与冲击危险的煤层屡见不鲜,呈现出两种灾害相互复合、相互转化的新特征。以实验... 详细信息

冲击地压、煤与瓦斯突出复合引发的动力灾害是深部开采作业中的复杂动力现象。近年来,随着我国煤矿逐渐进入深部开采,煤层地质赋存条件越发复杂,兼具高瓦斯与冲击危险的煤层屡见不鲜,呈现出两种灾害相互复合、相互转化的新特征。以实验测试、数值模拟、理论分析等方法进行瓦斯对煤的冲击倾向性影响研究。研制了一种多功能煤岩固气耦合试验装置,可实现标准试件在气体压力下的岩石力学实验。制作了型煤装置,通过实验研究不同冲击倾向性型煤配比,使用不同强度的型煤进行实验。将型煤在不同瓦斯压力条件下进行冲击倾向性实验,并使用数值模拟研究与实验结果相对照,为探讨瓦斯压力对煤样冲击性能的影响提供了实验依据。通过实验表明瓦斯气体可以影响煤样的破坏形式,随着瓦斯压力的增大,煤样的宏观破坏形态逐渐由大块煤的突出破坏向与糜棱煤黏结的小块煤的剥落破坏转变。瓦斯压力影响煤样的冲击倾向性指数,造成煤样冲击倾向性的弱化和丧失。煤样的单轴抗压强度和冲击能量指数随着瓦斯压力的增大而减小;煤样动态破坏时间随着瓦斯压力的增大而增大。声发射监测结果表明,随着瓦斯压力的增大,试件内部峰值信号逐渐减小,应力峰后所消耗的能量逐渐增大,实验中强冲击型煤试件峰后能量占比由1.3%增大到27.6%,弱冲击型煤试件峰后能量占比由1.8%增大到39.9%,试件的破坏模式逐渐由脆性破坏向塑性破坏过渡。试验结果表明,临界瓦斯压力的存在使煤样丧失了冲击倾向性。研究及启示将为进一步确定深部高瓦斯煤层灾变倾向,制定有效的防治措施提供实验依据和思路。该论文有图66幅,表10个,参考文献75篇。

关键词：冲击地压煤与瓦斯突出瓦斯压力冲击倾向性固-气耦合

不同含水率对坚硬煤岩冲击倾向性分析及防冲煤层注水参数优化研究

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不同含水率对坚硬煤岩冲击倾向性分析及防冲煤层注水参数优化研究

作者：常亚男内蒙古科技大学

学位级别：硕士

随着矿山开采向深部发展,所面临的开采环境更加复杂,特别是地压灾害愈加明显。本文以山西某矿1303(上)工作面采集的煤岩试件为研究对象,通过对不同含水率的试件开展单轴压缩试验及声发射试验,研究不同含水率下煤岩的破坏特性、力学性质... 详细信息

随着矿山开采向深部发展,所面临的开采环境更加复杂,特别是地压灾害愈加明显。本文以山西某矿1303(上)工作面采集的煤岩试件为研究对象,通过对不同含水率的试件开展单轴压缩试验及声发射试验,研究不同含水率下煤岩的破坏特性、力学性质及声发射规律等,建立新的冲击倾向性分类标准,同时采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件开展煤层注水参数优化研究工作,研究结果可为煤层注水防治冲击地压提供参考。主要研究内容与研究结论如下:(1)本次试验共用到七组煤岩试件,前六组试件在实验室利用真空加压饱和装置开展了煤岩试件饱水试验,测定了煤岩饱水率,通过电热鼓风干燥箱对饱水煤岩不同程度地驱散其水分,采用称重法获得不同含水率煤岩试件;第七组为原煤力学试验,作为对照组。这为开展不同含水率煤岩力学性质研究奠定了试验基础。(2)对七组煤岩试件进行了单轴压缩试验,分析动态破坏时间、冲击能量指数、单轴抗压强度、含水率对其冲击倾向性的影响,通过重新调整四个指标的权重,建立公式将冲击倾向性分类转变为4类,创建了一套判定冲击倾向性的新标准,结果表明:在加载速率相同的情况下,试件的破碎程度、弹性模量、硬度、单轴抗压强度、冲击能量指数等物理力学参数与含水率呈现反比关系;动态破坏时间与含水率呈现正比关系。通过新的冲击倾向性分类标准判定当试件的含水率达到60%时,煤岩会由强冲击倾向转为弱冲击倾向性。(3)对七组煤岩试件进行了声发射试验,分析了振铃计数、能量与含水率的关系,结果表明:水分对煤岩试件的声发射特性有显著影响,振铃计数—时间—应力特征图和能量—时间—应力特征图都分为三个阶段,每阶段的振铃计数峰值、时域、能量峰值随着含水率的增大而减小。(4)为降低1303(上)工作面的冲击倾向性,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,模拟注水时的有效湿润半径,优化注水参数,使此工作面在经济和安全开采的同时,能够达到降低其冲击倾向性的含水率,结果表明:由新的冲击倾向性分类标准可知此工作面为强冲击倾向性,最优注水参数为钻孔半径0.08 m、注水压力8 MPa、注水时间2.0 h,此时工作面含水率达到65%,由强冲击倾向性转化为弱冲击倾向性。

关键词：含水率冲击倾向性单轴抗压强度声发射

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煤体冲击倾向性的层理节理效应研究

煤体冲击倾向性的层理节理效应研究

作者：靳涛太原理工大学

学位级别：硕士

冲击地压是典型的煤矿动力灾害。现有冲击地压的研究中,更多的关注点多集中在应力集中问题,而缺少对煤体这一本源的进一步认识。煤岩体物理性质应作为能否发生冲击地压灾害的内因,煤的内在属性——冲击倾向性研究应始终作为防冲击的基... 详细信息

冲击地压是典型的煤矿动力灾害。现有冲击地压的研究中,更多的关注点多集中在应力集中问题,而缺少对煤体这一本源的进一步认识。煤岩体物理性质应作为能否发生冲击地压灾害的内因,煤的内在属性——冲击倾向性研究应始终作为防冲击的基础。煤属于一种层理和节理都较为发育的岩体,煤体还存在有一定的交叉裂隙,导致煤具有非均质性。对冲击地压的探讨需从外逐渐向内过渡。本文以煤体赋存的裂隙、层理与冲击倾向性的关系作为研究的出发点,通过数值模拟和实验研究的方法研究煤的层理、煤体裂隙存在形式与冲击倾向性及冲击破坏形式之间的关系。通过RFPA2D数值模拟,研究煤样在单裂隙,交叉裂隙两种不同裂隙形式下裂隙倾角对冲击倾向性及冲击破坏的影响。利用实验室的万能电子试验机测定冲击倾向性各指标大小,计算其有效冲击能量速率得出冲击倾向性与层理角度之间关系的规律,并与饱和含水率的情况进行对比,进一步分析煤的冲击倾向性。主要的研究结论如下:(1)节理(裂隙)的存在会弱化煤的抗压强度,但单条裂隙倾角变化带来的影响并不突出。当加载方向与单裂隙方向之间夹角为90°时,冲击倾向性减弱显著。交叉裂隙形式下,裂隙交叉形式与同形式下交叉夹角变化对应力-应变曲线影响突出,不同的裂隙交叉形式中,水平交叉裂隙形式对其抗压强度的降低最为明显,竖直次之,对称形式降低最少。同一交叉形式下,随夹角增大,其单轴抗压强度降低,90°时为同交叉形式下的最小值。其单轴抗压强度表现出明显的节理效应。(2)单裂隙形式下,30°、60°裂隙倾角下,沿原裂隙起裂,造成剪切破坏。裂隙与轴向加载方向夹角越小,煤体破裂程度越显著。90°裂隙倾角下,原裂隙垂直轴向载荷,裂纹发育依托原有裂隙,但原有水平裂隙几乎不影响煤体破裂模式。裂隙不同交叉形式下煤体变形破坏有差别,但具有共同点,存在与横截面水平的裂隙,几乎不影响煤体的破裂模式,存在竖直裂隙便会贯通破坏,呈现主破裂面。三种裂隙交叉形式下,裂隙夹角变大都会造成裂隙发育起裂变早,且裂隙发育程度变大。其裂隙发育与宏观破坏表现出明显的节理效应。(3)对声发射图研究表明:单裂隙形式下随着倾角增大,交叉裂隙形式下随着夹角增大,都会更早出现微小裂隙,且裂隙发育缓慢,持续时间更长,耗散能量增加,宏观破坏程度变弱,冲击倾向性变弱。当达到抗压极限,试件发生宏观破坏时,声发射少,应力释放减少,破坏程度变弱,且其结论与模拟宏观破坏情况基本吻合。声发射个数-加载步柱状图可间接显示裂隙发育程度和宏观破坏强度,对评判冲击倾向性大小有一定指导作用。(4)烟煤冲击倾向性层理效应明显。加载方向与层理方向呈90°倾角时,冲击倾向性最强,0°时较弱,45°时最弱。不同层理下,煤样应力应变曲线表现出显著差异,归根结底在于结构不同。建议层理结构明显的煤样在评估冲击倾向性时都考虑层理效应,煤矿开采实践中,考虑应力对巷道的稳定性影响,避免煤柱设计时煤层层理与主应力方向垂直。(5)饱和含水率状态下,煤样弹性模量减小,塑性增强、弹性降低,冲击倾向性减弱。且所选煤样冲击倾向性不再具有层理效应,各层理煤样冲击指数大致相同。

关键词：煤体冲击倾向性层理节理效应 RFPA2D