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冲击倾向性对受载破坏煤样电荷规律影响的试验研究

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煤炭科学技术 2019年第11期47卷 247-254页

作者：王岗潘一山肖晓春辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学物理学院辽宁沈阳110036

为了用电荷感应方法预测煤体冲击倾向性,研究了煤样冲击倾向性、物理力学特征以及电荷信号规律,重点分析了不同冲击倾向性煤样破坏全程电荷信号分布特征以及冲击倾向性指标与电荷相关参量的量化关系。研究结果表明:随着冲击倾向性增强,... 详细信息

为了用电荷感应方法预测煤体冲击倾向性,研究了煤样冲击倾向性、物理力学特征以及电荷信号规律,重点分析了不同冲击倾向性煤样破坏全程电荷信号分布特征以及冲击倾向性指标与电荷相关参量的量化关系。研究结果表明:随着冲击倾向性增强,煤样破坏形式逐渐由破碎型向共轭剪切型再向单剪型转变;煤样破裂电荷信号的产生与应力突变具有较好的一致性;强冲击倾向煤样电荷信号主要集中在应力峰前的强化损伤阶段,煤样发生失稳破坏电荷前兆信息比较明显;弱冲击倾向煤样电荷信号主要集中在强化损伤和峰后破坏阶段;无冲击倾向煤样电荷信号主要集中在应力峰后的破坏阶段,煤样发生失稳破坏电荷前兆信息不再明显;煤样冲击倾向性越强,应力峰后累积电荷量越少,但应力峰后电荷变化率w越大;冲击能量指数K E与应力峰后电荷变化率w具有幂递增函数关系,弹性能量指数W ET与应力峰后电荷变化率w具有线性递增函数关系。因此可以通过电荷信号整体分布规律以及应力峰后电荷变化率的大小来初步判断煤体的冲击倾向程度。

关键词：冲击倾向性电荷信号电荷变化率失稳破坏压缩试验

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煤层冲击倾向性与含水率关系的试验研究

岩石力学与工程学报 2001年第1期20卷 49-52页

作者：茅献彪陈占清徐思朋李天珍中国矿业大学数力系徐州221008 彭城大学徐州221008

利用试验分析方法 ,系统测定了煤层冲击倾向性与煤层含水率、煤层含水率与煤层孔隙度之间的关系。试验研究表明 ,煤层冲击倾向性与煤层含水率成反比关系 ,并在原始含水率状态对含水率的升高最为敏感 ,煤层饱和含水率与煤层孔隙度成正比... 详细信息

利用试验分析方法 ,系统测定了煤层冲击倾向性与煤层含水率、煤层含水率与煤层孔隙度之间的关系。试验研究表明 ,煤层冲击倾向性与煤层含水率成反比关系 ,并在原始含水率状态对含水率的升高最为敏感 ,煤层饱和含水率与煤层孔隙度成正比关系。结果可为用注水法防治冲击矿压提供可靠的定量依据。

关键词：煤层冲击倾向性含水率孔隙度试验

基于深地复杂应力条件下混凝土冲击倾向性试验

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煤炭学报 2018年第1期43卷 79-86页

作者：刘娟红吴瑞东周昱程北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

针对深地复杂应力条件下,混凝土发生了类似岩爆的瞬时破坏现象。对不同强度等级的混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、动态破坏时间、弹性能量指数、冲击能量指数和声发射参数进行试验研究,提出以脆性系数、动态破坏时间、冲击能量指数作... 详细信息

针对深地复杂应力条件下,混凝土发生了类似岩爆的瞬时破坏现象。对不同强度等级的混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、动态破坏时间、弹性能量指数、冲击能量指数和声发射参数进行试验研究,提出以脆性系数、动态破坏时间、冲击能量指数作为评价混凝土冲击倾向性指标。结果表明:脆性系数小于20、动态破坏时间大于500 ms、冲击能量指数小于1.5的混凝土无冲击倾向性,C50强度等级以下的混凝土无冲击倾向性,强度越高冲击倾向性越强;对高强混凝土进行声发射监测,声发射能量随混凝土强度增加而增大,临近峰值应力时,声发射参数会剧增,可据此监测高强混凝土的冲击破坏;活性粉末混凝土显著提高了动态破坏时间,降低了脆性系数和冲击能量指数,是一种无冲击倾向性的材料,对深地复杂应力条件下混凝土的冲击破坏有明显改善。

关键词：深地混凝土冲击倾向性声发射活性粉末混凝土

基于非线性储能与释放特征的煤冲击倾向性指标

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岩石力学与工程学报 2021年第8期40卷 1559-1569页

作者：卢志国鞠文君高富强伊康孙卓越煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 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 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

煤的冲击倾向性是煤矿冲击地压灾害发生与否及致灾程度的重要影响因素,冲击倾向性指煤积聚应变能并产生冲击破坏的性质,因此,峰值强度时刻弹性能量积累是冲击倾向性评价的关键。因煤富含结构缺陷,破坏过程和能量演化更加复杂,针对此种... 详细信息

煤的冲击倾向性是煤矿冲击地压灾害发生与否及致灾程度的重要影响因素,冲击倾向性指煤积聚应变能并产生冲击破坏的性质,因此,峰值强度时刻弹性能量积累是冲击倾向性评价的关键。因煤富含结构缺陷,破坏过程和能量演化更加复杂,针对此种煤样峰值强度时刻弹性能量无法准确求得的难题,对标准煤样进行单轴循环加卸载试验,以获取煤样不同应力状态下弹性应变能积累量,发现弹性应变能积累与应力-应变曲线变化趋势一致,在峰值强度时刻达到最大值。能量输入、弹性能量积累及能量耗散随煤样受载变形呈非线性演化规律,但在任一时刻应力的平方与弹性能量积累表现出良好线性关系。基于此改进峰值强度时刻弹性能量积累量计算方法,更加准确获取试件峰值强度时刻弹性应变能积累量。进一步提出综合考量煤体强度、能量演化及破坏时间的有效弹性能释放速率指数KET评价煤的冲击倾向性,并结合现有指标给出冲击倾向性分类临界值。最后采用远场碎屑质量占比w及平均粒径da表征的煤样破碎程度验证评价结果合理性。研究结果表明:KET可有效解决现有各项指标评价结果离散性大且相互之间存在冲突的局限性;冲击倾向性KET评价结果与煤样破坏状态对比,发现KET与w及破碎程度正相关,与da负相关,评价结果更符合实际。

关键词：岩石力学冲击倾向性能量演化非线性储能弹性应变能积累量有效弹性能释放速率煤样破碎程度

含水量对沉积岩力学性质及其冲击倾向性的影响

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岩石力学与工程学报 2009年第A01期28卷 2637-2643页

作者：孟召平潘结南刘亮亮孟贵希赵振华三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 中国矿业大学资源与地球科学系北京100083 河南理工大学资源与环境工程系河南焦作454000

通过试验和统计分析系统研究不同含水条件下煤系沉积岩石力学性质及其冲击倾向性,建立岩石力学性质及其冲击倾向性与含水量之间的相关关系和模型,揭示含水量对岩石力学性质及其冲击倾向性的控制机制。研究表明:岩石单轴抗压强度和弹性... 详细信息

通过试验和统计分析系统研究不同含水条件下煤系沉积岩石力学性质及其冲击倾向性,建立岩石力学性质及其冲击倾向性与含水量之间的相关关系和模型,揭示含水量对岩石力学性质及其冲击倾向性的控制机制。研究表明:岩石单轴抗压强度和弹性模量值随含水量的增加而降低;不同岩性岩石单轴抗压强度和弹性模量值受含水量的影响程度不同,降低的速率受岩性所控制。在干燥或较少含水量情况下,应力–应变曲线在峰值强度后岩石表现为脆性和剪切破坏,具有明显的应变软化特性,且随着含水量的增加,峰值强度后岩石主要为塑性破坏,应变软化特性不明显。随着含水量的增加,岩石脆性指标修正值(BIM)逐渐增加,弹性变形指数逐渐减小,岩石在受力过程中储存的弹性应变能随含水量的增加而急剧减少,而消耗的塑性永久变形能相对增加,即岩石的冲击倾向性随含水量的增加而显著降低。

关键词：岩石力学含水量力学性质脆性指标冲击倾向性

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煤系岩石的成分、结构与其冲击倾向性关系

岩石力学与工程学报 2005年第24期24卷 4422-4427页

作者：潘结南孟召平刘保民中国矿业大学(北京)资源与地球科学系

煤岩体的冲击倾向性是发生冲击地压的固有属性和必要条件,且影响煤岩体冲击倾向性的因素很多;而煤岩体的物质成分、岩性组构是煤岩体的内在属性,是决定煤岩冲击倾向性的内在因素。从煤岩的微观结构出发,研究煤岩的受力情况、强度特征、... 详细信息

煤岩体的冲击倾向性是发生冲击地压的固有属性和必要条件,且影响煤岩体冲击倾向性的因素很多;而煤岩体的物质成分、岩性组构是煤岩体的内在属性,是决定煤岩冲击倾向性的内在因素。从煤岩的微观结构出发,研究煤岩的受力情况、强度特征、变形破坏过程,构建煤岩的微观组构与煤岩的宏观力学性质之间的关系模型;分析煤岩蓄能和耗能的作用机理,从而构建煤岩体的物质成分、岩性组构与煤岩的冲击倾向性大小之间的定性、定量关系。试验研究与理论分析结果表明,随着碎屑颗粒(石英)含量的增加,岩石的强度和刚性增强,受载过程中积蓄的弹性应变能增大而耗散的永久变形能减少,发生应变型冲击地压的可能性增加。随着碎屑颗粒粒径的减小,粗粒的粒柱状矿物(石英、长石等)逐渐减少,而细粒的片状矿物(云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等)增多,岩石的刚性减弱,在集中应力作用下,产生塑性变形所耗散的永久变形能增加,发生脆性破坏的可能性减小,岩石的冲击倾向性减小。

关键词：岩石力学冲击倾向性冲击地压弹性应变能耗散能

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层理角度对硬煤冲击倾向性影响的实验研究

采矿与安全工程学报 2019年第5期36卷 987-994页

作者：李磊李宏艳李凤明齐庆新孙中学莫云龙刘学中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013

冲击倾向性是煤矿井下发生冲击灾害的内在原因,层理角度对其有重要影响。为探究层理角度对煤样冲击倾向性影响,制备不同层理角度标准煤样,并测试其超声波速,利用GCTS RTR-4600高温高压岩石力学试验系统测定力学参数,计算各项冲击倾向指... 详细信息

冲击倾向性是煤矿井下发生冲击灾害的内在原因,层理角度对其有重要影响。为探究层理角度对煤样冲击倾向性影响,制备不同层理角度标准煤样,并测试其超声波速,利用GCTS RTR-4600高温高压岩石力学试验系统测定力学参数,计算各项冲击倾向指标,收集碎屑进行断口形态扫描电镜细观分析。研究表明:1)层理面与加载方向夹角对煤样力学参量影响显著,宏观破坏模式及细观断裂特征存在强烈层理效应;2)当层理面与加载方向夹角为90°时煤样冲击倾向性最强,0°时次之,45°时最弱;3)煤样声学特征各向异性明显,轴向垂直层理煤样波速比轴向斜交层理煤样高15.1%;4)同一层理煤样超声波速与弹性模量、单轴强度、冲击能量指数及冲击能量速度指数正相关,且线性拟合优度良好,为煤岩冲击倾向无损检测提供新思路。

关键词：层理角度冲击倾向性各向异性破坏特征超声波波速

组合煤岩冲击倾向性演化及声电效应的试验研究

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岩石力学与工程学报 2007年第12期26卷 2549-2555页

作者：陆菜平窦林名吴兴荣中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 徐州三河尖煤矿江苏徐州221613

在采掘工作面及巷道中,顶板、煤层、底板共同组成一个力学平衡系统,当这个系统受到采动的影响时,就有可能诱发煤岩体所积聚的弹性能通过弱面结构突然释放,形成冲击矿压灾害。因此,研究不同组合类型的顶板–煤样–底板组合试样的冲击倾... 详细信息

在采掘工作面及巷道中,顶板、煤层、底板共同组成一个力学平衡系统,当这个系统受到采动的影响时,就有可能诱发煤岩体所积聚的弹性能通过弱面结构突然释放,形成冲击矿压灾害。因此,研究不同组合类型的顶板–煤样–底板组合试样的冲击倾向性演化及声电效应规律对于监测、预警冲击矿压灾害及强度弱化治理起到非常重要的指导作用。通过大量组合煤岩试样的冲击倾向性及声电效应的试验研究发现,随着煤样强度、顶板岩样强度及其厚度的增加,组合试样的冲击倾向性随之增强,且电磁辐射与声发射信号强度随着组合试样的强度、顶板岩样的高度比例以及冲击能指数的增加而增强。同时发现试样冲击破坏前,声电信号的强度达到极值,冲击破坏之后,信号强度均产生突降。上述研究成果对于指导现场冲击矿压灾害强度的弱化控制以及卸压解危效果的检验具有重要的意义。

关键词：采矿工程冲击矿压组合煤岩冲击倾向性声电效应

煤岩冲击倾向性研究进展及综合定量评价指标探讨

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岩石力学与工程学报 2021年第9期40卷 1839-1856页

作者：鞠文君卢志国高富强赵毅鑫李文洲孙卓越郝宪杰煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

调研分析我国冲击地压矿井生产条件,发现复杂地质条件及孤岛工作面是冲击地压高发区域,但浅埋、近水平、薄煤层、无构造区域也常发生冲击地压,而几乎所有冲击地压矿井煤层均具有冲击倾向性,表明冲击倾向性是矿井发生冲击地压的内因,对... 详细信息

调研分析我国冲击地压矿井生产条件,发现复杂地质条件及孤岛工作面是冲击地压高发区域,但浅埋、近水平、薄煤层、无构造区域也常发生冲击地压,而几乎所有冲击地压矿井煤层均具有冲击倾向性,表明冲击倾向性是矿井发生冲击地压的内因,对其进行准确评价是矿井冲击风险评估的基础。系统总结煤岩冲击倾向定性分析及定量评价研究进展,探讨现有冲击倾向性评价方法的科学性及面临的理论与技术难题,并提出一种可考量强度、应力与能量演化及动态破坏时间的综合评价指标。定性分析表明,煤岩材料内部不同矿物组分的含量、分布及原生缺陷等细观特征影响其宏观变形破坏行为,进而决定其冲击倾向性;不同冲击倾向性煤岩体受载所释放声、热、电、磁等信号特征具有显著差异;水、温度、试件尺寸、加载方式等直接影响煤岩冲击倾向性测试结果。定量评价表明,针对强度指标、时间指标、刚度指标、变形指标及能量指标五大类指标,归纳、分析煤岩冲击倾向性单一评价指标研究进展,并分别讨论其科学性及存在的问题。基于应力状态与弹性应变能积累间线性关系,计算峰值强度时刻弹性能量积累,建立可考量强度、应力与能量演化及动态破坏时间的综合评价指标,并给出相应分类临界值。

关键词：采矿工程冲击地压冲击倾向性定性分析定量评价指标有效弹性能释放速率