脈動孔隙水壓下低透性松軟煤巖損傷變形的實驗分析

朱紅青,張民波,顧北方,申 翔,朱帥虎

(中國礦業大學(北京)資源與安全工程學院,北京 100083)

脈動孔隙水壓下低透性松軟煤巖損傷變形的實驗分析

朱紅青,張民波,顧北方,申 翔,朱帥虎

(中國礦業大學(北京)資源與安全工程學院,北京 100083)

為了研究脈動水壓作用下低透氣性松軟煤巖損傷變形特征,采用RLW-2000M微機控制煤巖流變儀對標準原煤樣進行了不同上限水壓實驗。結果表明:在脈動水壓作用下,煤樣疲勞破壞應變曲線具有三階段特征:壓密耦合階段應變曲線在初期循環加、卸載過程中將產生較大變形,不容易形成滯回環曲線;彈性耦合階段應變曲線呈現出穩定的滯回環曲線進行變化;屈服變形階段經歷幾次較大的變形以后,煤樣將產生疲勞破壞。采用能量耗散的觀點對彈性耦合階段的變形狀態進行了判定,判定結果表明該階段煤體單元在脈動水壓的每次循環作用下都將產生一定的塑形變形和損傷。最后基于Logistic方程建立了煤巖損傷破壞數學模型,并采用最小二乘法進行擬合分析確定了未知參數。

脈動孔隙水壓;低透氣性;松軟煤巖;疲勞破壞;能量耗散;損傷

在我國低透氣性松軟煤層普遍存在[1],特別是潞安礦區主采的3號煤層,平均厚度為6 m左右,透氣性系數為0.065 0～1.741 5 m2/(MPa2·d),鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.08～0.61 d-1,堅固性系數為0.3～0.5,屬于典型的低透氣性松軟煤層。這直接導致潞安礦區現有的11對生產礦井瓦斯抽采效果差,開采過程中容易誘發各類瓦斯事故,此種情況隨著開采量的增大變的尤為嚴重[2-3]。……