松软煤层裂隙煤岩体破坏过程中的能量演化规律

来源 :西安科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yw1234c
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
松软煤层煤岩体受到开采及地应力作用后,煤壁面的原生裂隙开始发育、扩展贯通,削弱了煤体的强度和稳定性,而从能量角度分析松软煤体变形破坏的裂隙扩展过程,探究不同裂隙倾角煤岩体能量演化对裂隙扩展模式的影响,可以更为深入地研究松软煤层裂隙煤岩体的变形破坏规律。本文通过数值模拟和实验室试验相结合的方法,采用DNS200电子万能试验机及数字图像相关技术,得到松软煤层裂隙煤岩体变形破坏规律和变形破坏过程中的能量演化规律,取得了如下研究成果:(1)为研究松软煤层裂隙煤岩体变形破坏裂隙演化过程,针对不同预制裂隙倾角煤岩体裂隙起裂、扩展模式的不同,开展不同裂隙倾角煤岩体物理和数值相似模拟试验。通过数值计算获得煤岩体变形破坏过程中裂隙的起裂应力特征;采用数字散斑相关测量技术获取煤岩体变形破坏表面应变场、位移场数据,分析煤岩体表面裂隙扩展规律以及破坏模式。(2)选取了压缩条件下预制裂隙的滑动裂纹模型,分析了地应力作用下裂隙尖端的应力分布,进行数值试验计算验证了模型的可适用性。试验得到裂隙起裂特征为:当0≤φ≤45°时,预制裂隙两端受拉应力起裂;45°≤φ≤60°时,一端受拉应力另一端受剪切应力起裂;φ≥75°时两端受剪切应力起裂。此外,在压应力作用下,裂隙周边存在压应力和拉应力集中,产生垂直受力方向的剪切裂隙。(3)为识别和定位裂隙扩展路径,采用数字图像相关方法开展含裂隙松软煤体的变形场演化试验。结果表明:接近应力峰值阶段,不同裂隙倾角试样的应变场分异速率-轴向应变曲线先后出现明显增长点P1和“尖点”P2,分别对应张拉裂隙和剪切裂隙起裂点;倾角增大使得在变形过程中P1点发生提前;而P2点出现一定延缓现象,同时P2点所对应的应力值更为接近峰值应力。(4)为研究不同倾角影响下松软煤层裂隙煤岩体的能量转化规律,建立了含不同裂隙倾角煤岩体峰前积聚能和轴向应变之间的自我抑制演化模型,模型可反映倾角大小对能量转化的抑制效果。将模型的本构方程与室内试验结果拟合,验证了模型的可适用性;得到抑制能量转化作用的机制对峰前能量积聚的最终结果起决定性作用,裂隙煤岩体峰前能量自我抑制作用随预制裂隙倾角增大而先增强后减弱,能量积聚速率先减小后增大,相应的峰值点处的储能极限先减小后增大。(5)为探究与松软煤层裂隙煤岩体能量耗散与破坏模式之间关系,对比分析了不同破坏阶段煤岩体的能量耗散量。结果表明:煤岩体在峰前未发生明显破坏阶段,系统输入能量主要以积聚形式储存在试样内部,峰后发生明显破坏阶段,积聚的能量沿着裂隙张裂的方向释放。小倾角裂隙煤岩体在变形破坏中易产生张拉裂隙,在煤矿工程中更易引起煤体发生变形破坏。
其他文献
作为采煤机设备的关键零部件齿圈是保证采煤机动力传递的重要部分。在齿圈生产制造的过程中,要获得良好的耐磨性、抗疲劳强度和硬度,就需要对齿圈进行热处理,而渗氮是关键热处理之一。因此控制渗氮齿圈的质量和对齿圈的热处理工艺进行优化研究对提高齿圈的使用性能有着重要的意义。本文针对采煤机齿圈的热处理工艺进行研究分析,选用材料42CrMo钢,通过分析总结影响齿圈渗氮的质量因素,先建立三维模型并利用Deform对
煤田自热自燃现象一直是困扰世界主要产煤国家重大灾害问题。若将煤自燃产生的有害废热加以回收利用,不仅可以解决长期困扰矿区的煤自燃问题,同时也能将煤田热能进行再利用。热管移热降温是一种利用相变潜热来快速转移热量的过程。当热管插入煤堆时,通过煤堆内部氧化高温与外界环境温度差作为热管蒸发端起动热源,以使热管充分发挥相变连续移热特性,以实现煤堆降温的目的,同时在热电转换技术的作用下,将热管提取煤中的热量加以
煤层瓦斯突出严重 制约着煤矿的安全生产,而瓦斯预抽是保证煤矿安全生产的必要条件,钻探技术是解决瓦斯预抽的重要手段。由于碎软突出煤层质地较软、压力大,在钻孔施工后,造成孔壁坍塌、通道变形,导致瓦斯流通不畅,阻碍筛管下放,无法高效抽采利用瓦斯。本文以寺家庄煤矿为工程背景对碎软煤层筛管完孔技术进行优化,以期达到高效抽采瓦斯的目的。本文通过现场资料分析研究、理论分析及室内设计计算等研究方法,根据研究区地质
随着室内导航定位技术的兴起,使无人机在室内环境中的应用得到了前所未有的发展。与一般无人机相比,四旋翼无人机具有体积较小、机动灵活、操控简单、起飞方便等优点,可以代替人类执行室内目标搜索、有害气体信息检查等任务,在反恐侦查、灾后搜索与救援等领域具有广阔的应用前景。由于室内空间结构比较复杂,高度受限且障碍物较多,使无人机在室内自主导航时具有较大的挑战,而航迹规划作为无人机自主导航关键技术之一,现已成为
随着信息技术的不断发展,传统的二维图像信息己经不能完全满足社会发展的需要,人们对三维信息的需求日益迫切。近年来,利用图像恢复场景中物体三维结构的方法被广泛研究。其中,运动恢复结构(Structure From Motion,SFM)方法是当前研究的热点,它通过信息丰富、低成本的图像高效率地实现目标场景三维重建,但由于相机图像被遮挡、快速运动等干扰因素导致视觉关联度较弱,常常会影响三维重建工作的效率
我国煤层受多期构造史的影响,煤层内的断层、陷落柱、应力集中区和瓦斯等隐蔽致灾因素严重地影响了煤矿的安全高效开采,为了减少煤炭开采过程中灾害事故的发生,探明煤层的应力状态及瓦斯赋存情况则显得尤为重要。超声波探测技术具有方向性好、传播距离长、穿透性强和不易衰减的特征,十分适合用于煤层物探领域。为了得到清晰的煤层超声波物探反演规律,本文在超声波动学、岩石力学和渗流力学的相关理论基础上,从实验室分析、机理
采空区瓦斯涌出是导致上隅角瓦斯浓度超限的影响因素,对瓦斯在采空区内的运移规律进行研究,可以为防治瓦斯事故提供理论指导,优化改进抽采采空区瓦斯技术,提高生产安全度。通过采空区上覆岩层的垮落机理研究,建立了采空区内碎胀系数在底板平面处的分布公式,进而得到采空区内孔隙率的空间分布方程,通过使用UDF编译多孔介质中孔隙率、粘性阻力、惯性阻力参数与空间位置的经验公式,实现了孔隙率随空间位置连续变换的采空区模
随着科技进步,煤矿基本实现自动化,高强度开采高瓦斯含量厚煤层也以常态出现,高强度开采导致本煤层充分卸压,导致瓦斯大量解吸成游离瓦斯,升浮-扩散到生产工作面、采空区以及隅角位置,造成部分区域瓦斯富集,瓦斯浓度超限,对生产工作面煤矿工人生命安全造成严重威胁。因此,通过研究分析煤层在采动后覆岩裂隙演化特征和卸压瓦斯运移机理并提出相应的治理措施,能够为煤矿安全生产提供积极的安全保障,并具有较高的经济、社会
我国煤炭资源丰富,但同时煤矿存在的事故灾害也非常严重,并且在煤矿灾害中最为主要的就是煤层自然发火现象。随着对煤矿安全性的提高,煤矿中的煤层自燃问题逐渐转变为以防为主、防治结合的治理方式,这就对矿用防灭火材料提出了更高的要求。本文通过调研现阶段的防灭火材料并结合煤自燃机理,研制出了以海藻酸钠和轻质碳酸钙为基料,葡萄糖酸内酯为缓释剂,混合反应而成的高水胶囊防灭火材料。以高水胶囊的初凝时间和保水性为优选
瓦斯灾害事故不仅严重威胁着煤矿人员的生命,还给企业带来巨大经济损失,因此做好瓦斯灾害预防工作至关重承要。精准快捷预测瓦斯涌出量,提前做好瓦斯防治措施,对矿井瓦斯治理及煤矿安全生产具有重要意义。瓦斯涌出量预测是一个多维非线性小样本数据预测问题,其影响因素众多,且相互之间存在复杂的关系。为研究瓦斯涌出量影响因素的具体作用关系,根据分源预测法和选取原则,选取18个影响因素建立初始预测指标体系。通过试验矿