脉动孔隙水压下低透性松软煤岩损伤变形的实验分析

朱红青,张民波,顾北方,申 翔,朱帅虎

(中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京 100083)

脉动孔隙水压下低透性松软煤岩损伤变形的实验分析

朱红青,张民波,顾北方,申 翔,朱帅虎

(中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京 100083)

为了研究脉动水压作用下低透气性松软煤岩损伤变形特征,采用RLW-2000M微机控制煤岩流变仪对标准原煤样进行了不同上限水压实验。结果表明:在脉动水压作用下,煤样疲劳破坏应变曲线具有三阶段特征:压密耦合阶段应变曲线在初期循环加、卸载过程中将产生较大变形,不容易形成滞回环曲线;弹性耦合阶段应变曲线呈现出稳定的滞回环曲线进行变化;屈服变形阶段经历几次较大的变形以后,煤样将产生疲劳破坏。采用能量耗散的观点对弹性耦合阶段的变形状态进行了判定,判定结果表明该阶段煤体单元在脉动水压的每次循环作用下都将产生一定的塑形变形和损伤。最后基于Logistic方程建立了煤岩损伤破坏数学模型,并采用最小二乘法进行拟合分析确定了未知参数。

脉动孔隙水压;低透气性;松软煤岩;疲劳破坏;能量耗散;损伤

在我国低透气性松软煤层普遍存在[1],特别是潞安矿区主采的3号煤层,平均厚度为6 m左右,透气性系数为0.065 0～1.741 5 m2/(MPa2·d),钻孔瓦斯流量衰减系数为0.08～0.61 d-1,坚固性系数为0.3～0.5,属于典型的低透气性松软煤层。这直接导致潞安矿区现有的11对生产矿井瓦斯抽采效果差,开采过程中容易诱发各类瓦斯事故,此种情况随着开采量的增大变的尤为严重[2-3]。……