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模拟层状岩层样品失稳的冲击倾向性实验研究

岩石力学与工程学报 2017年第A02期36卷 4025-4035页

作者：李立张勇中国矿业大学资源与安全工程学院北京100083 西弗吉尼亚大学采矿工程系美国西弗吉尼亚摩根敦26505

为了弄清顶底板和煤体强度对煤岩系统冲击倾向性的影响以及三者之间的联系,探明静载条件下坚硬的顶底板能否引起冲击矿压。在实验室利用混凝土模拟8种不同强度的煤岩组合,利用MTS试验机在静载条件下对样品做单轴压缩试验,以动态破坏时间... 详细信息

为了弄清顶底板和煤体强度对煤岩系统冲击倾向性的影响以及三者之间的联系,探明静载条件下坚硬的顶底板能否引起冲击矿压。在实验室利用混凝土模拟8种不同强度的煤岩组合,利用MTS试验机在静载条件下对样品做单轴压缩试验,以动态破坏时间,单轴抗压强度和破坏时声音大小评估样品的冲击倾向性。实验结果表明:煤层决定了煤岩系统的强度与冲击倾向性,坚硬的顶底板可以增加软弱煤层的冲击倾向性,软弱的顶底板也可以减小坚硬煤层的冲击倾向性;顶底板对系统冲击倾向性的影响与煤体的性质紧密相关:当煤体软弱,坚硬底板能限制其变形,尤其是与坚硬顶板形成加持作用能显著提高系统冲击倾向性;当煤体坚硬,底板强度对系统冲击倾向性影响很小,顶板强度的增加能增强系统的冲击倾向性;当底板和煤体都软弱,顶板强度对系统冲击倾向性影响很小;在静载条件下,单纯坚硬的顶底板并不是引起冲击矿压的必要条件。

关键词：采矿工程冲击矿压冲击倾向性岩层组合静载荷

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碱性溶液降低煤体冲击倾向性的实验研究

煤炭学报 2015年第8期40卷 1768-1773页

作者：夏大平郭红玉罗源马俊强陈山来王振煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室(安徽理工大学) 安徽淮南232001 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心河南焦作454003

利用RMT-150B岩石力学实验系统对千秋矿原始煤样、清水浸泡煤样与碱溶液浸泡煤样开展实验研究,分析煤样弹性能量指数、冲击能量指数、动态破坏时间和单轴抗压强度指标的变化趋势。综合判断表明,原始煤样和清水浸泡煤样分别为强冲击性和... 详细信息

利用RMT-150B岩石力学实验系统对千秋矿原始煤样、清水浸泡煤样与碱溶液浸泡煤样开展实验研究,分析煤样弹性能量指数、冲击能量指数、动态破坏时间和单轴抗压强度指标的变化趋势。综合判断表明,原始煤样和清水浸泡煤样分别为强冲击性和弱冲击性,而碱溶液浸泡后其力学强度急剧下降,由脆性向塑性变化趋势最明显,变为完全无冲击性。通过煤样的工业应用指标、接触角、浸泡时间/力学强度、碱溶液的浓度和用量等测试,初步分析了碱溶液在煤矿的应用前景,对中低阶煤层来说,在煤层注水时加入少许碱性药品实现物理-化学联合作用防治冲击地压,同时还兼具降尘效应。

关键词：冲击倾向性化学反应碱溶液力学强度接触角中低阶煤

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城郊矿煤样冲击倾向性指数的试验研究

岩石力学与工程学报 2013年第S2期32卷 3696-3704页

作者：苏承东袁瑞甫翟新献河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454010

利用RMT–150B伺服试验机对城郊矿煤样进行冲击倾向性试验,试验结果表明:测定冲击倾向性指数时煤样峰后变形特征与加载控制方式相关,测定动态破坏时间采用应力控制方式,冲击能量指数则采用应变控制方式;煤样的抗压强度与弹性模量、冲击... 详细信息

利用RMT–150B伺服试验机对城郊矿煤样进行冲击倾向性试验,试验结果表明:测定冲击倾向性指数时煤样峰后变形特征与加载控制方式相关,测定动态破坏时间采用应力控制方式,冲击能量指数则采用应变控制方式;煤样的抗压强度与弹性模量、冲击能量指数、弹性能量指数和剩余能量指数呈正相关,而与动态破坏时间呈负相关,表明煤样抗压强度越高时发生冲击地压的危险程度越大;煤样的冲击能量指数与弹性能量指数,弹性能量指数与剩余能量指数均具有良好的正相关性;动态破坏时间与冲击能量指数具有呈良好负相关;剩余能量指标和弹性模量能否作为评判煤层冲击性等级划分有待进一步研究;城郊矿二2煤层煤样的动态破坏时间为306 ms、弹性能量指数为5.91、冲击能量指数为2.48、单轴抗压强度为8.86 MPa,依据规程模糊综合法评判二2煤层属于弱冲击类。

关键词：岩石力学冲击倾向性冲击地压单轴压缩弹性能量能量耗散

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模量指数评价煤的冲击倾向性的实验研究

煤炭学报 2019年第6期44卷 1726-1731页

作者：代树红王晓晨潘一山刘柳辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学辽宁沈阳110036

为研究模量指数评价煤的冲击倾向性的可行性,选取4组冲击倾向性强弱不同的煤样试件,测定各组煤样试件的模量指数、冲击倾向性评价指标和声发射信号,分析模量指数同其它冲击倾向性评价指标和评价结果的相关性,模量指数对煤加载过程中内... 详细信息

为研究模量指数评价煤的冲击倾向性的可行性,选取4组冲击倾向性强弱不同的煤样试件,测定各组煤样试件的模量指数、冲击倾向性评价指标和声发射信号,分析模量指数同其它冲击倾向性评价指标和评价结果的相关性,模量指数对煤加载过程中内部能量释放特征的影响。研究结果表明:模量指数同其它冲击倾向性评价指标具有相关性,同单轴抗压强度之间的相关性最强;各组冲击倾向性相同的煤样,各试件模量指数大小的变化范围较小。各组冲击倾向性不同的煤样,各试件模量指数大小的变化范围很大。煤样模量指数的大小和煤的冲击倾向性强弱相关,煤的冲击倾向性越强,模量指数越大。依据模量指数评价煤的冲击倾向性的结果,同其它评价指标的评价结果具有一致性;不同冲击倾向性煤样的软化模量是决定煤的模量指数大小的关键因素,弹性模量对模量指数大小的影响较小;煤样内部能量的释放特征和模量指数的大小相关。模量指数小的煤样在全程加载过程中声发射事件频繁出现,模量指数大的煤样在破坏前后阶段没有明显的声发射事件出现,但在临近载荷曲线峰值的冲击破坏阶段集中出现高能量的声发射事件。模量指数可用于评价煤的冲击倾向性,模量指数对煤样能量释放的影响规律可用于指导现场监测。

关键词：模量指数冲击倾向性评价指标软化模量声发射

不同加载方式下强冲击倾向性煤声发射特征研究

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采矿与安全工程学报 2020年第5期37卷 977-982,990页

作者：张广辉邓志刚蒋军军李少刚莫云龙王健达马斌文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

为探究强冲击倾向性煤在多级循环加载下能量积聚与耗散形态、损伤演化过程,以充分辨识冲击倾向性煤破坏前兆,利用TAW-2000型电液私服试验机对强冲击倾向性煤样进行了多级应变循环加载和多级应力循环加载试验。试验表明:在多级应变和应... 详细信息

为探究强冲击倾向性煤在多级循环加载下能量积聚与耗散形态、损伤演化过程,以充分辨识冲击倾向性煤破坏前兆,利用TAW-2000型电液私服试验机对强冲击倾向性煤样进行了多级应变循环加载和多级应力循环加载试验。试验表明:在多级应变和应力加载条件下,振铃计数率均呈现加载初期振铃计数较高,临近破坏时振铃计数急剧增加趋势;每级加卸载产生的能量耗散与损伤变量均呈现出先降低后增加的趋势;受加载方式的影响,应力加载条件下振铃计数更高,且在载荷转换阶段,煤样有明显声发射现象,煤样内部结构劣化较快,单循环损伤程度严重,煤样累计损伤增长更快;伴随循环级数的增加FR值逐渐降低,且呈现加速下降趋势;循环加载初期煤样变形处于压密和弹性变形阶段,损伤程度低,Kaiser效应显著,上一级循环载荷超过煤样峰值强度的60%后,煤样损伤加剧,在次级加载时Felicity效应显著。

关键词：冲击倾向性循环加载 Kaiser效应能量耗散损伤

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冲击倾向性煤体加载破坏的红外辐射特征研究

中国安全科学学报 2013年第10期23卷 121-125页

作者：徐子杰齐庆新李宏艳赵善坤张宁博苏荣华辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 煤炭科学研究总院矿山安全技术研究分院北京100013 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

为探讨不同冲击倾向性煤体失稳破坏的红外前兆信息,以无、弱、强3种冲击倾向性矿井煤样为对象,开展煤体加载破坏过程中红外辐射特征观测试验。试验结果表明:无冲击倾向性煤体温度场变化幅度较小,表面平均温度变化在0.01℃内,弱冲击倾向... 详细信息

为探讨不同冲击倾向性煤体失稳破坏的红外前兆信息,以无、弱、强3种冲击倾向性矿井煤样为对象,开展煤体加载破坏过程中红外辐射特征观测试验。试验结果表明:无冲击倾向性煤体温度场变化幅度较小,表面平均温度变化在0.01℃内,弱冲击倾向性煤体表面平均温度升高达0.18℃,强冲击倾向性煤体表面平均温度升高达0.21℃;无冲击倾向性煤体加载过程无明显高温区域,而冲击倾向性煤体加载时则出现剪切破坏形成的高温区域,且冲击倾向性越强,区域范围和强度越大;冲击倾向性煤体破坏前,煤样表面破裂区域为升温变化前兆,而未破裂区域为降温变化前兆。

关键词：冲击地压煤体加载破坏破断信息冲击倾向性红外辐射温度场

岩-煤-岩组合体破坏特征及冲击倾向性试验研究

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采矿与安全工程学报 2013年第6期30卷 841-847页

作者：牟宗龙王浩彭蓬刘振江杨晓晨中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 兖矿集团有限公司博士后科研工作站山东邹城273500

为合理评价开采区域的冲击矿压危险程度,分析了岩-煤-岩组合体受载过程中各部分的位移、加速度、刚度及能量等物理参量的演化规律,提出了以煤体峰值后刚度和岩石卸载刚度为基本参量的组合体稳定破坏和失稳破坏的判别条件。结果表明,岩-... 详细信息

为合理评价开采区域的冲击矿压危险程度,分析了岩-煤-岩组合体受载过程中各部分的位移、加速度、刚度及能量等物理参量的演化规律,提出了以煤体峰值后刚度和岩石卸载刚度为基本参量的组合体稳定破坏和失稳破坏的判别条件。结果表明,岩-煤-岩组合体的破坏状态由其中的煤体峰后刚度及顶底板岩石刚度k1,k2对比关系决定,峰值后卸载至煤体曲线刚度变化率满足21 2 1 2k k m/[(k k)u]的点S后,系统不再维持平衡状态,由稳定破坏转为失稳破坏。提出了采用岩-煤-岩组合体破坏过程中顶底板释放和煤体消耗的能量之比参数作为煤岩组合条件下的冲击倾向性评价指标,并对2个矿区7个地点实际样品进行了冲击倾向性测试结果对比分析,其中有2个取样地点的顶底板会影响煤体冲击倾向性评价结果,试验结果表明,采用岩-煤-岩组合体模型比单纯煤样测试结果能更好地反映现场围岩实际条件对冲击危险的影响程度。

关键词：冲击矿压冲击倾向性岩-煤-岩组合体失稳破坏判别

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用剩余能量释放速度判定煤岩冲击倾向性

煤炭学报 2009年第9期34卷 1165-1168页

作者：张绪言冯国瑞康立勋杨双锁太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

在实验测试的基础上,对现行冲击倾向性指标的特点及不足进行了分析,指出煤岩冲击倾向性是一个关于能量与时间的函数,提出了新的剩余能量释放速度指数,其物理意义是指煤岩破坏过程中单位时间内释放的剩余能量,从能量与时间的角度揭示了... 详细信息

在实验测试的基础上,对现行冲击倾向性指标的特点及不足进行了分析,指出煤岩冲击倾向性是一个关于能量与时间的函数,提出了新的剩余能量释放速度指数,其物理意义是指煤岩破坏过程中单位时间内释放的剩余能量,从能量与时间的角度揭示了冲击倾向性,并给出计算公式.进而指出通过改变弹性能量指数测试时的加载方式为载荷控制,同时提高煤岩破坏时AB段的采样频率即可以得到计算剩余能量释放速度指数所需要的全部参数的测试方法,并针对冲击地压矿井进行了实验研究,初步归纳出了相应的判别指标.

关键词：剩余能量释放速度指数冲击倾向性冲击地压

复合弱结构失稳变形及冲击倾向性变化特征分析

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煤炭科学技术 2021年第9期49卷 32-37页

作者：魏辉山西工程技术学院矿业工程系山西阳泉045000 江苏海洋大学土木与港海工程学院江苏连云港222005

为了解决矿井开采过程中冲击煤岩体应力集中及能量积聚的问题,提出了人为改变煤岩体强度形成复合弱结构的概念,并根据软硬岩层强度比例、体积大小等因素引入了复合度K_(C),可以对复合弱结构应力集中大小及能量耗散程度进行判定。在此基... 详细信息

为了解决矿井开采过程中冲击煤岩体应力集中及能量积聚的问题,提出了人为改变煤岩体强度形成复合弱结构的概念,并根据软硬岩层强度比例、体积大小等因素引入了复合度K_(C),可以对复合弱结构应力集中大小及能量耗散程度进行判定。在此基础上运用RFPA数值模拟方法对比分析了具有不同复合度煤岩体的变形失稳特征及应力-应变曲线变化形式,并从煤岩体冲击倾向性判定角度对复合弱结构改变煤岩体冲击倾向性进行了相关探讨。结果表明:强度比例和体积大小是复合弱结构控制冲击能量的主要影响因素;复合弱结构破坏失稳过程中的弱化阶段是其耗散冲击能量的特有阶段,且耗散程度与复合度K_(C)的大小密切相关;复合度K_(C)不仅能够改变整体结构的裂缝发育程度、破坏形式及应力-应变曲线形态,而且与煤岩结构的最大集中应力、应力峰值位置及能量耗散程度成反比例关系;利用冲击倾向性判定准则中弹性能指数W_(ET)和冲击能指数K_(E)的曲线及面积变化特征验证了复合弱结构对冲击能量的耗散过程及控制作用,复合弱结构可以通过减小冲击煤岩体中储存弹性能比例,增加损失耗散能比例的方式对冲击能量的积聚与耗散程度进行控制,从而减弱煤岩体冲击倾向性,降低冲击能量释放程度及危险等级,达到防治冲击地压的目的。

关键词：冲击煤岩体复合弱结构应力-应变曲线冲击倾向性