基于细观试验的煤样变形破坏规律研究

基于细观试验的煤样变形破坏规律研究
近年来,随着煤炭开采逐步向深部延伸,高地应力、高瓦斯压力、低渗透性等复杂条件下煤矿遇到的灾害也越来越多,各种动力灾害之间的相互作用凸显,使传统的预测防治措施难以奏效。

新的复合动力灾害给煤矿安全生产、监测和治理带来了新的难题。

因此,采用新的方法研究煤岩体的宏观破坏与其内部细观结构变化及缺陷的联系,这也成为研究煤岩瓦斯复合动力灾害的发生机理及预防对策的重点。

本文以煤样的细观结构和受载破坏过程中的声发射特征为研究主线,通过宏观力学实验、细观实验的检验检测、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同煤矿煤样的细观结构上的异同点,分析了在不同瓦斯压力下条件下煤样力学和声发射的演化特征,并通过离散元数值模拟研究了煤样内部裂纹和损伤的演化过程。

通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和核磁共振测试,分析了不同煤矿煤样的细观特征。

X射线衍射分析表明煤的变质程度与衍射峰（002）峰的面网间距d_（002）成反比;利用扫描电镜定性地观测了煤样的原生孔隙和裂隙结构特征,获得了几种典型的煤样显微微观结构,并通过低场核磁共振定量的测试了煤样的孔隙裂隙等结构特征。

通过含瓦斯煤的力学实验归纳了瓦斯对煤样的力学性质和声发射特征的影响。

随着瓦斯压力从0Mpa升高为2MPa,煤样的强度随之下降了37.57%,弹性模量下降了26.1%,声发射累计计数减小了32%,累计能量降低了25.32%。

总体来看,煤样的力学性能和声发射特征与瓦斯压力呈现负相关的关系。

通过离散元数值模拟对预制裂纹煤样受载破坏过程中的细观损伤演化进行了研究。

结果表明:岩石的损伤过程是:破裂是从其原生裂纹的端部方向开始,随应力的逐渐增加而不断产生并集结,慢慢地发展成为主裂纹。

根据室内实验的结果,建立了基于声发射参量的煤样损伤破裂演化模型,通过实验结果验证本模型能够较好的反应声发射参数与煤样力学破坏机制的关系。