检索结果-南通市图书馆

酸性矿井水环境中矸石胶结充填体的强度演化及劣化规律

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

Journal of Central South University 2024年第5期31卷 1560-1573页

作者：赵永辉郭育霞冯国瑞 College of Mining Engineering Taiyuan University of TechnologyTaiyuan 030024China Shanxi Province Research Centre of Green Mining Engineering Technology Taiyuan 030024China Shanxi Province Coal-based Resources Green and High-efficiency Development Engineering Center Taiyuan 030024China Shanxi-Zheda Institute of Advanced Materials and Chemical Engineering Taiyuan 030024China

矸石胶结充填开采是一种重要的充填开采方法,然而,酸性矿井水会严重影响矸石胶结充填体的强度。在本研究中,将矸石胶结充填体试件分别置于不同环境(空气、水、硫酸溶液、硫酸与荷载耦合)中,测试了不同龄期试件的抗压强度、电阻率及超声... 详细信息

矸石胶结充填开采是一种重要的充填开采方法,然而,酸性矿井水会严重影响矸石胶结充填体的强度。在本研究中,将矸石胶结充填体试件分别置于不同环境(空气、水、硫酸溶液、硫酸与荷载耦合)中,测试了不同龄期试件的抗压强度、电阻率及超声波波速,监测了加载过程中试件的声发射能量数值,同时结合扫描电镜和X衍射分析不同龄期充填体的微观结构。结果表明,1)空气中与水中养护的充填体抗压强度的增长趋势随龄期的增加而逐渐减缓。硫酸溶液中的充填体强度在前90天大于空气及水中养护的充填体强度。硫酸溶液与荷载耦合作用下充填体的强度随龄期的下降速率比单一硫酸溶液作用的较为缓慢;2)不同龄期矸石胶结充填体电阻率与超声波波速与强度有较好的对应关系。受侵蚀后矸石胶结充填体的破坏形式较为多样,且在加载不同阶段表现出不同的声发射能量特征,可以将声发射能量激增作为充填体的破坏前兆;3)侵蚀产物前期填充充填体内部孔隙,提高了其强度,后期会导致充填体膨胀开裂,强度降低。施加40%应力强度比的荷载会抵抗硫酸溶液的侵蚀。本文研究结果可以为充填体的耐侵蚀设计提供参考。

关键词：酸性矿井水矸石胶结充填体劣化规律电阻率超声波波速声发射能量微观结构

不同加载速率下矸石胶结充填体破坏规律细观研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

煤矿安全 2024年第7期 154-160页

作者：吴晓宇周豪吴晓伟朱油雷许杰山西大同大学煤炭工程学院晋能控股煤业集团永定庄煤业有限责任公司贵州省六盘水市水城区能源局中煤西安设计工程有限责任公司

基于室内单轴压缩试验，使用颗粒流软件建立了数值模型并标定微观参数，研究了不同加载速率下矸石胶结充填体试样的应力应变曲线规律、微裂纹数量、破坏过程以及微观位移场变化规律。结果表明：随着加载速率的不断增大，试样的峰值强度... 详细信息

基于室内单轴压缩试验，使用颗粒流软件建立了数值模型并标定微观参数，研究了不同加载速率下矸石胶结充填体试样的应力应变曲线规律、微裂纹数量、破坏过程以及微观位移场变化规律。结果表明：随着加载速率的不断增大，试样的峰值强度及弹性模量均不断增加；试样生成的微裂纹数量与加载速率成正比，微裂纹-应变曲线分为裂纹未萌生、裂纹快速增长、裂纹数量稳定3个阶段；试样的破坏过程分为压缩密实、弹性变形、塑性破坏以及残余变形4个阶段；试样微裂纹两侧颗粒发生不同形式的组合破坏，包括拉伸破坏、剪切破坏以及拉伸和剪切共同作用的混合破坏。

关键词：矸石胶结充填体颗粒流软件加载速率破坏规律围岩稳定

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

矸石胶结充填体损伤演化规律及裂纹扩展特征

西安科技大学学报 2023年第1期43卷 18-27页

作者：赵兵朝翟迪陈攀韦启蒙王瑞峰西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054

为研究巷柱式残采区不同承载能力煤柱旁矸石胶结充填体(GCPB)在单一荷载作用下的损伤演化规律,通过监测单轴压缩(UCS)过程中声发射响应特征、充填体前后超声波波速变化及采用扫描电镜(SEM)观测试样加载后的损伤裂纹断口微观形貌,研究了... 详细信息

为研究巷柱式残采区不同承载能力煤柱旁矸石胶结充填体(GCPB)在单一荷载作用下的损伤演化规律,通过监测单轴压缩(UCS)过程中声发射响应特征、充填体前后超声波波速变化及采用扫描电镜(SEM)观测试样加载后的损伤裂纹断口微观形貌,研究了损伤裂纹由微观到宏观的能量演化规律及裂纹扩展机制。结果表明:胶结充填体强度随PC掺量的增大而增大,完整试样的波速均大于破坏后的波速;压密阶段的声发射事件率可作为判定充填体密实胶结的依据,建立了基于声发射事件数的损伤变量D和基于事件点的空间单键群架构,损伤变量D和单键群架构子集尺度Ω呈现明显的负相关;通过对比分析,主裂纹损伤阈值能量随PC掺量的增大而增大,分别为35,50,60,150 ms·mV,GCPB试件由脆性破坏向延性破坏转变;GCPB裂纹演化主要由3种不同的裂纹形核引起。以上可为充填体在矿井充填设计中提供依据。

关键词：矸石胶结充填体单轴压缩声发射损伤变量单键群方法

水泥-粉煤灰基矸石胶结充填体破坏特征及强度形成机制

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

煤炭科学技术 2023年

作者：李晓磊杜献杰冯国瑞巨峰王建伟刘文昊郑远翔太原理工大学矿业工程学院中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室山西浙大新材料与化工研究院矿山岩层控制与灾害防控山西省重点实验室郑州煤炭工业(集团)有限责任公司山西能源学院

在煤矿结构充填开采中，不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同，拟通过改变粉煤灰在水泥-粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称粉煤灰占比)调控矸石胶结充填体强度，对不同粉煤灰占比(0%～90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试... 详细信息

在煤矿结构充填开采中，不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同，拟通过改变粉煤灰在水泥-粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称粉煤灰占比)调控矸石胶结充填体强度，对不同粉煤灰占比(0%～90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试验，探明矸石胶结充填体的强度调控范围，结合数字图像相关技术对试样破坏形态进行分析，结合声发射事件对试样脆延性破坏模式进行分析。采用承压筒法和单轴压缩试验分别测定了煤矸石的强度和不同粉煤灰占比水泥-粉煤灰二元胶凝材料的强度，并根据煤矸石的强度与水泥-粉煤灰二元胶凝材料的强度关系揭示矸石胶结充填体的强度形成机制。研究结果表明：矸石胶结充填体强度随着粉煤灰占比的增加而减少，实现了较大的矸石胶结充填体强度调控范围：1.77MPa～30.04MPa。不同强度范围的矸石胶结充填体试样对应的破坏形态和脆延性破坏模式也不同，材料性质发生了质的变化。随着粉煤灰占比的增加，在破坏形态方面，矸石胶结充填体试样由剪切破坏(0%～50%粉煤灰占比)向拉剪复合破坏(60%～80%粉煤灰占比)再向拉伸破坏(90%粉煤灰占比)转变，对应的强度范围分别为20.8MPa～30.04MPa、5.63MPa～12.35MPa和1.77MPa；在脆延性破坏模式方面，试样由脆-延性破坏(0%～40%粉煤灰占比)转变为延性破坏(50%～90%粉煤灰占比)，对应的强度范围分别为24.64MPa～30.04MPa和1.77MPa～20.8MPa。矸石胶结充填体的强度由水泥-粉煤灰二元胶凝材料的强度(1.43MPa～55.5MPa)和煤矸石的强度(平均强度为4.43MPa)共同决定。水泥-粉煤灰二元胶凝材料对矸石胶结充填体的强度贡献较大，煤矸石使矸石胶结充填体的强度受限。所得试验结果为结构充填中充填材料的强度选择提供参考。

关键词：粉煤灰占比矸石胶结充填体单轴压缩试验承载特征强度调控强度形成机制

不同尺寸矸石胶结充填体单轴压缩损伤破坏研究

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

矿业研究与开发 2022年第3期42卷 34-39页

作者：解文硕赵永辉郭育霞冉洪宇太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 山西省绿色矿山工程技术研究中心山西太原030024

为研究不同尺寸矸石胶结充填体在受压过程中的损伤破坏特征,分别制备了边长为50 mm、70 mm、100 mm和150 mm的立方体试件,并对试件进行单轴压缩试验,监测加载过程中试件的声发射能量变化;采用扫描电镜观测充填体的微观形貌,分析矸石胶... 详细信息

为研究不同尺寸矸石胶结充填体在受压过程中的损伤破坏特征,分别制备了边长为50 mm、70 mm、100 mm和150 mm的立方体试件,并对试件进行单轴压缩试验,监测加载过程中试件的声发射能量变化;采用扫描电镜观测充填体的微观形貌,分析矸石胶结充填体的损伤演化规律。结果表明:随着试件尺寸的增大,其抗压强度呈现出先增大后减小的规律,边长为100 mm的试件抗压强度最大;试件的破坏形式随尺寸的增大由劈裂破坏逐渐变为X状共轭剪切破坏;单轴压缩过程中试件的声发射能量变化可以分为4个阶段,与应力应变曲线有较好的对应关系,在峰值应变附近试件的声发射能量会发生激增,可以作为试件破坏的预兆,在峰后破坏阶段,不同尺寸试件的声发射能量变化较大。

关键词：矸石胶结充填体试件尺寸破坏形式声发射能量微观形貌

矿井水环境中矸石胶结充填体强度损伤及蠕变特性研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

矿井水环境中矸石胶结充填体强度损伤及蠕变特性研究

作者：赵永辉太原理工大学

学位级别：硕士

利用矸石骨料胶结充填材料进行结构充填开采能有效解决煤炭开采面临的资源与环境问题,实现资源再利用,对于降低碳排放,实现“碳达峰”与“碳中和”具有重要的意义。由于矿井下环境较为复杂,常含有大量的矿井水,矿井水中一般含有SO、H、M... 详细信息

利用矸石骨料胶结充填材料进行结构充填开采能有效解决煤炭开采面临的资源与环境问题,实现资源再利用,对于降低碳排放,实现“碳达峰”与“碳中和”具有重要的意义。由于矿井下环境较为复杂,常含有大量的矿井水,矿井水中一般含有SO、H、Mg、Cl、HCO等侵蚀性离子,处于其中的充填体不仅需要承受上覆岩层荷载,还会受到侵蚀性离子的长期化学侵蚀,强度和变形会发生变化,严重情况下会发生失稳破坏,进而影响顶板稳定性。因此,研究荷载与矿井水侵蚀耦合作用下矸石胶结充填体的强度损伤及变形特性,为充填体的耐久性设计提供理论指导并采取相应措施,从而保证充填体的长期稳定对于维持采空区的稳定性具有重要意义。鉴于此,本文采用试验研究及理论分析等方法对矸石胶结充填体在矿井水环境中的强度损伤及蠕变特性进行系统性研究。主要研究内容及结论如下:（1）开展了不同环境（空气、水、硫酸溶液、硫酸溶液与荷载耦合）中充填体强度随龄期变化试验,发现空气中与水中养护的充填体抗压强度随着龄期的增长而增大,且增长趋势逐渐减缓,硫酸溶液中的充填体前90天强度不断增长且增长速率大于空气中及水中养护的充填体,在90天时达到最大值后不断下降,且下降速率逐渐加快,硫酸溶液与荷载耦合作用下的充填体由于荷载的压实作用强度随龄期下降较慢。可利用电阻率和超声波来监测充填体的长期稳定性。（2）进行了不同p H值硫酸溶液,不同应力强度比及不同侵蚀方式下充填体的长期强度损伤及蠕变试验,结果表明:硫酸溶液中承受不同压应力充填体试件的变形均随着时间的增长而增加,且前期增长较快,后期增长较慢。硫酸溶液p H值越大,试件前期的变形越迅速,后期变形越缓慢,侧面浸泡侵蚀的充填体蠕变远大于顶部侵蚀。建立了充填体在硫酸溶液中的蠕变模型。结合SEM及XRD,发现施加80%应力强度比的荷载对充填体产生难以修复损伤,加速了侵蚀性离子在充填体中的渗透作用。可以将声发射能量的突变作为判定充填体破坏的预兆。（3）开展了施加不同等级应力充填体在硫酸镁溶液中的长期强度损伤及蠕变试验,发现在小于50%应力-强度比的范围内,随着承受压应力的增加,未受侵蚀试件与受侵蚀试件抗压强度均呈大趋势,且增大趋势逐渐平缓。受侵蚀及未受侵蚀充填体的变形均随时间的推移而增长,随压应力级别的增加而增大。未受侵蚀作用的充填体变形初期增速较快,后期增长较慢,最终趋近于定值。受侵蚀充填体初期变形与未受侵蚀充填体相似,但后期仍有较大增长。（4）进行了硫酸侵蚀作用下充填体强度及变形尺寸效应试验,结果表明:不同条件下充填体的单轴抗压强度均随着尺寸的增大而越小,荷载作用对尺寸越小的充填体抵抗硫酸侵蚀的影响越大。可将声发射振铃的突变及电阻率的稳定阶段作为判定充填体破坏的前兆,DIC技术可被用来观测的全场应变演化云图展现试件表面裂纹的萌生、扩展、联结及贯通演化全过程。根据不同尺寸矸石胶结充填体的峰值应力、峰值应变、Weibull分形参数、弹性模量等参数得到标准养护28天、硫酸与荷载耦合作用下矸石胶结充填体在单轴压缩过程中的损伤模型及本构方程,为结构充填中充填体的设计提供理论指导和数据参考。

关键词：结构充填开采矸石胶结充填体矿井水环境强度损伤蠕变特性

单轴压缩条件下界面倾角对岩充复合体声发射特征影响分析

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2024年第1期 17-21页

作者：刘亚东冀中能源股份有限公司东庞矿河北邢台054201

矸石胶结充填是煤矿生产中重要的绿色开采技术之一,胶结充填体与采场围岩的耦合变形破坏特征严重影响着覆岩控制效果。通过室内单轴压缩和声发射试验,研究界面倾角对岩充复合体的振铃计数、累计振铃计数和b值等声发射特征参数的影响规律... 详细信息

矸石胶结充填是煤矿生产中重要的绿色开采技术之一,胶结充填体与采场围岩的耦合变形破坏特征严重影响着覆岩控制效果。通过室内单轴压缩和声发射试验,研究界面倾角对岩充复合体的振铃计数、累计振铃计数和b值等声发射特征参数的影响规律,进一步分析不同界面倾角下岩充复合体的破裂规律。结果表明:界面倾角为13°和20°时,压密阶段初期累计振铃计数增长速率相对较大;随着界面倾角增大,累计振铃计数程先降低后升高,断裂损伤事件数先减少后增多;界面倾角为13°、20°、33°和40°时, b值呈现先升高再减小的波动变化规律;随界面倾角增大,单轴压缩试验全过程中复合体的b值先增大后减小;界面倾角为60°时,复合体在无侧限压缩下发生滑动破坏。相关研究成果为岩充复合结构破裂失稳辨识和充填体优化设计提供一定的理论支撑。

关键词：矸石胶结充填体单轴压缩声发射特征破裂损伤

早期受载对矸石胶结充填体力学特性及损伤破坏的影响

维普期刊数据库评论

在线全文

维普期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

岩石力学与工程学报 2022年第4期41卷 775-784页

作者：冯国瑞解文硕郭育霞郭军冉洪宇赵永辉太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 山西省绿色矿山工程技术研究中心山西太原030024

为研究早期受载对矸石胶结充填体后期力学特性的影响,将养护7 d的试样进行4种应力水平加载,并持载28 d后,卸载进行单轴压缩试验,监测持载过程中充填体中超声波波速变化及单轴压缩过程中声发射响应特征,采用扫描电镜观测试样微观形貌。... 详细信息

为研究早期受载对矸石胶结充填体后期力学特性的影响,将养护7 d的试样进行4种应力水平加载,并持载28 d后,卸载进行单轴压缩试验,监测持载过程中充填体中超声波波速变化及单轴压缩过程中声发射响应特征,采用扫描电镜观测试样微观形貌。结果表明:早期受载对充填体力学特性影响显著,当早期承受应力水平小于80%时,荷载对矸石胶结充填体抗压强度和弹性模量均具有明显的强化效应,随着早期应力水平的增大,横向应变及泊松比整体呈指数型增长趋势,试样破坏形式由剪切破坏逐渐转变为劈裂破坏。持载过程中超声波波速呈明显的阶段性特征,早期承受高应力水平的充填体在单轴压缩过程中声发射活跃程度下降。早期荷载作用促进水泥水化反应,有助于充填体强度的提高。根据试验结果建立早期受载矸石胶结充填体在单轴压缩过程中的损伤演化模型,可以为充填体在结构充填中的设计提供依据。

关键词：采矿工程矸石胶结充填体早期受载力学特性破坏特征超声波声发射微观机制

荷载-硫酸盐侵蚀耦合作用下矸石胶结充填体性能演化规律

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

荷载-硫酸盐侵蚀耦合作用下矸石胶结充填体性能演化规律

作者：解文硕太原理工大学

学位级别：硕士

在煤矿结构充填开采过程中,由于开采工作面逐步向前推移,矸石胶结充填体自早期即承受上覆岩层的持续压力作用,并且随着承载时间的延长,充填体可能长期处于含硫酸盐矿井水环境中。轴压荷载与矿井水环境双重作用会影响充填体承载能力及长... 详细信息

在煤矿结构充填开采过程中,由于开采工作面逐步向前推移,矸石胶结充填体自早期即承受上覆岩层的持续压力作用,并且随着承载时间的延长,充填体可能长期处于含硫酸盐矿井水环境中。轴压荷载与矿井水环境双重作用会影响充填体承载能力及长期稳定性,进而影响采空区的稳定性。本文针对轴压荷载和硫酸盐侵蚀耦合作用下矸石胶结充填体性能演化规律展开研究。分析了早龄期受载对充填体后期力学性能的影响,继而开展了考虑初始加载龄期、加载应力水平以及硫酸盐溶液浓度三因素影响下的应力腐蚀试验,分别研究了充填体损伤劣化规律、承载特征以及硫酸根离子扩散特征。利用超声波、声发射等技术对充填体内部损伤破坏情况进行监测,并结合SEM及XRD进行微观机理分析。基于试验结果,通过理论分析建立了模拟工况条件下充填体损伤劣化模型、单轴压缩损伤本构模型及硫酸根离子扩散模型,以便为结构充填中充填体的设计提供参考。主要研究内容及结论如下:(1)开展了早期受载对充填体后期力学特性影响研究。结果表明早龄期(7d)加载对充填体后期抗压强度和弹性模量具有一定强化效应,但早期应力水平不宜超过80%;横向应变及泊松比随应力水平的增大呈指数型增长趋势,轴向应变呈先减小后增大趋势;当应力水平小于80%时,随着应力水平的增大,破坏形式由剪切破坏逐渐转变为劈裂破坏,当应力水平为90%时,破坏形式以劈裂剪切复合破坏为主。SEM分析表明早期加载促进了水泥水化反应,一定程度上有利于充填体内部粘聚力增强,表现为早期应力水平越大,超声波波速增长速率越大。基于早期受载充填体力学参数,建立了充填体在单轴压缩过程中的损伤演化模型。(2)开展了轴压荷载-硫酸盐侵蚀耦合作用下充填体损伤劣化规律研究。结果表明抗压强度和超声波波速均随浸泡龄期增加呈先增大后减小的趋势,且溶液浓度越高,衰减速率越快;低应力水平(≤60%)下,充填体抗侵蚀能力随荷载增大而增强,高应力水平(≥80%)削弱了充填体抗侵蚀能力;当荷载水平适宜(≤60%)时,初始加载龄期越小,越有利于抗侵蚀能力的提高。SEM和XRD分析证明荷载作用有利于初始孔隙的闭合,并在一定程度上抑制了钙矾石对孔隙及界面过渡区的膨胀效应,但高应力水平易导致轴向裂隙的扩展。基于负指数衰减函数,建立了考虑溶液浓度、应力水平及初始加载龄期三因素影响下的充填体强度损伤劣化模型。(3)开展了轴压荷载-硫酸盐侵蚀耦合作用360天后充填体单轴压缩承载特征研究。结果表明随着溶液浓度的增大,应力应变曲线逐渐呈下降趋势,峰值应变逐渐前置;初始加载龄期越小,压密阶段越短,峰值应变越小,承载能力与初始加载龄期呈负相关;高应力水平(≥80%)削弱了腐蚀环境下充填体长期稳定性。单轴压缩过程中试样以劈裂破坏形式为主,并伴有块状掉落和逐层脱落现象。峰值应力处累计振铃数与溶液浓度及初始加载龄期呈负相关,与长期加载应力水平呈二次函数关系。建立了单轴压缩过程中各因素影响下的损伤演化模型,并在此基础上构建充填体损伤本构模型。(4)开展了轴压荷载-硫酸盐侵蚀耦合作用下充填体内部硫酸根离子扩散规律研究。结果表明充填体内部均呈现硫酸根离子首层聚集现象,相同浸泡龄期下,硫酸根离子浓度由外到内逐层降低;相同深度处,硫酸根离子浓度随浸泡龄期的增加先快速增长后趋于稳定。随着溶液浓度增大,充填体内部硫酸根离子浓度分布曲线呈上扬趋势,侵蚀深度逐渐增大。高应力水平(80%)试样硫酸根离子侵入量高,低应力水平(≤60%)下,硫酸根离子侵入量随荷载增大而减少。当应力水平适宜(≤60%)时,初始加载龄期越小,表层硫酸根离子浓度越低,硫酸根离子侵入量越少,侵蚀深度越小。基于试验结果建立了多因素影响下的表层硫酸根离子浓度函数,并在考虑硫酸根离子化学消耗的基础上建立多因素作用下硫酸根离子扩散模型。

关键词：矸石胶结充填体轴压荷载硫酸盐力学性能扩散规律