干燥-饱和循环作用下砂质泥岩抗剪性能劣化试验研究

论文摘要

西部生态脆弱矿区煤炭开采过程中的地下水资源保护与利用是实现该区域煤炭绿色开采的前提和必要条件。其中,保水开采与地下水库技术的广泛应用为解决煤水共采问题提供可能。本文以煤矿地下水库煤岩边界在水反复浸入条件下稳定性变化为研究背景,以神东矿区乌兰木伦矿3-1号煤层顶板砂质泥岩为研究对象,通过无损浸水试验获得试样的自然吸水性规律,获得试样含水率到达饱和状态的浸水时间。根据浸水时间,对试样进行干燥-饱和反复浸水,得到不同循环浸水试样含水率随浸水次数呈指数增加关系,而试样抗剪强度和浸水次数呈指数降低关系。黏聚力随浸水次数的增加呈下降趋势,而内摩擦角先增加后减小,表明材料的均一性以及破裂面的形态及裂隙发育的形态、尺寸、方向变化造成了内摩擦角增加,而后期循环浸水占主导因素,表现为内摩擦角减小。根据黏聚力、内摩擦角与干燥-饱和循环次数的关系,建立了基于干燥-饱和循环次数的Mohr-Coulomb准则。声发射计数曲线与剪应力曲线有较强的对应性,在试样破坏时刻声发射事件明显增加,对应声发射累计计数曲线的明显上升阶段。试样在破坏过程中以低RA值为主,破坏时刻对应高RA值,即试样破坏过程中的基础裂隙类型是张拉裂隙,破坏时刻对应明显的剪切裂隙。研究结果表明,地下水库边界煤岩柱在地下水库蓄水-抽水过程中,在浸水-失水作用下其强度发生显著变化,建议在构建地下水库时应考虑水作用引起的边界煤岩柱强度弱化作用。

论文目录

• 1 试验方案
•   1.1 试样的选取与制备
•   1.2 试验设备
•   1.3 试验原理及方法
• 2 力学弱化结果分析
•   2.1 试样吸水性规律
•   2.2 抗剪强度和轴向位移与干燥-饱和循环次数的关系
•   2.3 黏聚力和内摩擦角与干燥-饱和循环次数的关系
•   2.4 不同浸水状态下试样的破坏载荷-轴向位移和累计声发射特征
• 3 裂隙发育结果分析
•   3.1 裂隙发育的声发射计数特征
•   3.2 裂隙发展类型的RA-AF特征
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 汤传金,姚强岭,王伟男,王烜辉

关键词: 干燥饱和循环浸水,抗剪强度,准则,声发射,保水采煤

来源: 煤炭学报 2019年03期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程,安全科学与灾害防治

单位: 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,中国矿业大学矿业工程学院

基金: 国家重点研发计划资助项目(2018YFC0604703),中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题资助项目(SKLCRSM18X005),江苏省自然科学基金资助课题资助项目(BK20161184)

分类号: TD82;TD74

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.6040

页码: 882-890

总页数: 9

文件大小: 497K

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