文摘

rmt - 150 b的电液伺服试验系统被用来执行单轴压缩和单轴分级放松(蠕变)测试。变形、强度和渐进破坏过程的故障特征三种加载模式下的煤样进行了分析。分析结果表明,prepeak煤炭样品的应力-应变曲线和负载的关系不明确,整个压缩过程的煤炭仍然显示压缩、弹性、屈服和失效阶段。当地应力降特征在我们松弛蠕变分级测试显示没有明显的峰值,表明收益率曲线的形状与传统单一的高原。的轴向压缩力学参数的值明显高于那些获得年级放松(蠕变)测试,显示煤样的力学参数与老化特征。在放松(蠕变)的测试中,当应力比小于70%,样品的弛豫(蠕变)特征并不明显。当应力松弛(蠕变)的比率超过70%放松(蠕变)在位移测试(压力)和一个常数放松(蠕变)的测试期间,演变,发展,和收敛的微裂隙煤样本观察。放松(蠕变)压力高,失败的故障持续时间短,持续时间更长。煤炭完全机械化的脸,增加支架阻力和及时的移动支持煤炭切割后可能防止肋剥落事故减少煤压力和工作面前的曝光时间。此外,常规单轴压缩失败显示一个简单的形式,有一个清晰的tension-shear双重断裂表面。 The staged relaxation creep failure testing of coal is more complex. The entire coal samples were divided into many thin-sheet debris via gradual collapse and shedding, and the number of cracks increased significantly, showing evident lateral expansion characteristics that are similar to the rib spalling characteristics in high coal mining working faces.

1。介绍

当一个煤炭的身体发展主要关节和裂缝,它失去强度和脆性破坏特征恶化。当煤的应力(应变)超过某一临界值时,裂纹继续扩展,导致煤的进步失败的身体随着时间的推移,当应力(应变)水平低于煤炭的峰值强度的身体(应变)。综采工作面主要展示一个清晰的时滞进步墙屈服,表明煤壁剥落的工作面煤炭切割后不会立即发生;相反,它会发生一段时间后(滞后)后,煤是削减。煤壁剥落的延迟时间是受到很多因素的影响,包括埋藏深度、开采高度、煤体结构、和采矿技术。煤壁剥落是容易导致屋顶剥落。严重的煤壁剥落不仅影响正常生产的综采工作面和损害设备工作脸上还威胁的安全人员,给煤矿生产带来不安全的工作条件。煤壁剥落总是影响安全运行的主要因素完全机械化开采的脸和高收益和效率的实现。进步失败的特征随着时间的推移,煤炭的身体必须被视为最重要的力学特性之一。研究时滞进步失败对煤炭的特点主要包括流变(即岩石的身体。、松弛和蠕变)实验在实验室里进行。

1.1。研究成果的岩石松弛实验

杨等人进行了单轴压缩时延故障实验大理石和发现圆周应变在大理石时滞故障的发生明显大于轴向应变(1]。峰等人进行了应力松弛实验几个应用峰值负载后变质岩和分类结果为源岩这些岩石破裂或激动人心的岩爆2]。唐宋锅进行了放松在峰值负载下岩石变形实验条件和建议等条件下岩石的应力松弛曲线表现出特征的梯状赤纬(3]。李的放松四种类型进行了实验研究岩石在单轴压缩条件下,结果表明,这些岩石的松弛曲线是连续或逐步[4]。杨等人进行了单轴和三轴variable-stress-path松弛和蠕变实验盐岩石和得出结论,稳定的盐岩石蠕变速率只是一个函数的压力和不依赖于加载历史5]。田等人进行了一系列的泥质砂岩三轴放松测试的压力下,发现放松压力快速放松阶段增加的初始偏应力松弛步骤和几乎是独立的围压6]。Paraskevopoulou等人测量类似结构应力响应在不同负荷水平,表明三种截然不同的存在的应力松弛阶段。在第一阶段,55%到95%的总应力松弛发生(7]。

1.2。研究成果的岩石蠕变实验

许等人,刘等人就深埋的时滞特性进行了实验研究大理石在习近平8,9]。玉等人进行常规三轴和三轴蠕变实验比较饱和粉砂质泥岩,发现岩石蠕变的特性不同于那些岩石放松和应力松弛特性不能简单地来自岩石的蠕变特性(10]。汉等人进行了蠕变实验薄层岩石具有不同加载方向(11]。李在粉砂质泥岩进行了三轴压缩蠕变实验,发现岩石的径向蠕变进入加速蠕变阶段轴向蠕变之前,这表明更合理确定蠕变破坏发生使用径向蠕变的特性(粉砂质泥岩12]。刘等人做了一个实验在静态疲劳效应与长期加载在习近平深埋的大理石和提议使用扩张指数详细说明的变形特征和破坏模式使用的岩石样本(13]。王等人开发了一种新的本构模型的分形的时间导数描述蠕变地区花岗岩。提出的分形模型可以描述花岗岩的蠕变行为尤其是在加速阶段,经典的模型不能预测(14]。哈姆萨和Stace探索瞬时(短期)刚度之间的关系和蠕变特性,确定监禁中扮演一个重要的角色在关闭了岩石节理和加强破碎岩石标本(15]。辛格等人讨论的方法来预测岩盐的蠕变行为使用单轴压缩试验机。他们提出的模型可以预测岩石的应力-应变响应盐与公平的准确性在加载和卸载条件下(16]。王等人进行了自主研发的三轴蠕变实验系统对含煤岩石样本和建议的蠕变特性和蠕变应力含煤样品受围压和瓦斯压力影响因素(17]。张等人采用恒定轴向压力进行逐步卸围压实验不同的卸货速度构造煤和煤的能量变化规律分析样品在卸货过程中(18]。包含各种变形组件的非线性elastoviscoplastic流变模型,提出了粘塑性的应变分量的比例在蠕变应变与更高的偏应力增加,它可以精确描述加载和卸载蠕变行为(19,20.]。

上述研究人员进行了岩石蠕变和松弛实验。因为某些因素,即原始联合骨折开发,低强度离散性,和困难煤制备的样品,我们理解大迟延进步特征规则的失败的煤样单轴压缩作用下上演放松(蠕变)仍然是不够的。煤炭的联合影响身体和支持在工作面前意味着的上覆岩层在短时间内是稳定的。有一定的变形(负载)影响工作面煤壁,和煤炭的身体表现出时滞进步墙屈服现象。有必要研究时滞的特点逐渐衰竭的煤样品在实验室环境下不同应变(应力)条件。在此基础上,利用rmt - 150 b型电液伺服岩石试验系统,我们进行了单轴压缩和单轴放松(蠕变)实验煤样本上(中)分层层煤层的Zhaogu没有。2我的。我们分析了时延渐进变形和破坏的特点,这些煤样在三种类型的负载下,获得更深入地理解机制的时滞进步板工作面煤壁的破坏。研究结果为预防和治疗提供一个参考时延的工作面煤壁剥落Zhaogu没有。2我的。

2。样品和实验方法的特点

2.1。样本的特征

煤炭样本取自上(中)分层层工作面煤壁的12011 Zhaogu没有。2我的。煤炭块大小约 厘米³从密集的孔钻和收集沿垂直层理。水冷却后,收集样本转化为标准测试片直径50毫米和100毫米的长度。这个精度满足监管要求15]。减少色散的实验结果,我们选择了煤炭样本的同一层相对完整,没有明确的视觉缺陷和大致相等的天然密度、纵波速度对我们比较实验。煤炭样本上分层MS1-MS6层被数,和中间分层煤样本层MZ1-MZ6被数。

2.2。实验设备

的实验rmt - 150 b型电液伺服岩石试验系统。我们采用了100 kN力传感器测量轴向载荷;它的精度是 kN。我们使用了一个5.0毫米的位移传感器测量轴向压缩变形和两个2.5毫米的位移传感器测量圆周变形,所有的准确性 毫米。系统具有良好的动态响应函数。它会自动收集在实验过程中载荷和变形信息,这是显示在实时获取的全程应力-应变曲线的单轴压缩蠕变(放松)举办煤炭样本。

2.3。实验方法

单轴压缩实验可分为根据加载类型应用,常规单轴压缩,单轴压缩了放松,和单轴压缩蠕变,如图1。(1)常规单轴压缩。煤炭样本定位后,轴向和周向位移传感器进行调整和预紧各自的位置,和位移控制将不断应用负载的加载速度0.002毫米/秒,直到煤炭样本被完全摧毁(2)单轴压缩了放松。基于常规单轴压缩实验的结果,位移控制设置,观察实时负载的加载速度和变形值0.002毫米/秒。当荷载达到大约50%的峰值,轴向变形保持不变的松弛实验,和放松每一层上的持续时间大约10分钟。然后,轴向载荷增加了3到5 kN进行下一级的松弛实验,重复这个过程直到煤炭样本被毁(3)单轴压缩蠕变。基于常规单轴压缩实验的结果,负载控制设置,观察实时负荷值的加载速度0.1 kN / s。当轴向载荷达到大约50%的峰值,我们保持了轴向载荷持续大约10分钟。然后,我们增加了轴向载荷由3到5 kN进行下一级的恒定负载测试大约10分钟,重复这个过程直到煤炭样本被毁

3所示。实验结果和分析

3.1。实验结果

表1和2显示的结果常规单轴和上演了放松(蠕变)实验煤样,分别。在表1, , , , , , , ,和的直径、高度、天然密度、纵波速度,单轴峰值强度(松弛,蠕变)、弹性模量、变形模量、泊松比的煤样,分别。

表1表明,煤样的力学参数获取的三种加载类型有一些组件。为了直观地反映这一特性,图2显示了基本参数的煤炭样本中间和上部层状层和实验结果的变异系数。通过分析图2,我们可以看到,基本参数的变异系数( , , ,和 )煤炭样本中间和上部的层状层非常小,一般不超过5%;然而,力学参数的变异系数( , , ,和 )相对较大,在18%以上。

单轴压缩峰值强度的离散性尤其重要,和变异系数煤炭样本中间和上部层状层分别为31.9%和30.4%,分别。变异系数的弹性模量、变形模量、泊松比超过18.0%,这表明煤炭样品的异构特性。

从表1,因为煤炭样本内的交叉联合骨折分布式因为关节的不同方向和大小有不同程度的裂缝影响的变形和强度煤样品,单轴压缩实验的结果相对离散。尽管如此,三个样品的平均值可以用来描述不同的加载模式的力学特性。峰值强度的单轴压缩试验6煤样品上分层的层范围从12.10到33.39 MPa,平均峰值强度25.13 MPa;这些样品是无烟煤。峰值强度相对较低的煤样品MZ2 MZ5,显示一个相对贫穷的完整性和屈服值的19.58和12.10 MPa,分别。另一方面,峰值强度相对较高的煤炭样本MZ1 MZ3,显示一个相对良好的完整性和屈服值33.39和31.97 MPa,分别。最高和最低峰值强度显示两到三倍的差异。常规单轴压缩试验的峰值的优势范围从19.58到33.39 MPa,平均为28.31 MPa;弹性模量的范围从3.95到4.44的绩点,平均为4.13 MPa;变形模量的范围从2.71到3.62的绩点,平均为3.09 MPa; and Poisson’s ratios ranged from 0.26 to 0.36, with an average of 0.31. The peak strengths of the uniaxial staged relaxation tests ranged from 12.10 to 27.31 MPa, with an average of 21.97 MPa; the elastic modulus ranged from 2.40 to 3.81 GPa, with an average of 3.45 MPa; the deformation modulus ranged from 1.53 to 3.40 GPa, with an average of 2.66 MPa; and Poisson’s ratios ranged from 0.21 to 0.30, with an average of 0.28. In comparison with the conventional uniaxial experiment, the peak strength, elastic modulus, deformation modulus, and Poisson’s ratio obtained in the staged relaxation experiment declined by 22.45%, 16.5%, 13.82%, and 8.60%, respectively.

相比,煤炭样本上分层的层,峰值强度的煤炭样本分层层中间都相对较低,如预期。峰值强度六个煤样单轴压缩试验的范围从7.97到17.43 MPa,平均为13.29 MPa,这意味着中等硬度煤。峰值强度三个煤样单轴压缩试验的范围从15.16到17.43 MPa,平均为16.96 MPa;弹性模量的范围从3.30到3.49的绩点,平均为3.37 MPa;变形模量的范围从1.95到2.17的绩点,平均为2.02 MPa;和泊松比的范围从0.23到0.36,平均为0.31。峰值强度上演了蠕变测试范围从7.97到15.50 MPa,平均为10.63 MPa;弹性模量的范围从2.04到3.65的绩点,平均为2.62 MPa;变形模量的范围从1.20到2.71的绩点,平均为1.85 MPa;和泊松比的范围从0.19到0.30,平均为0.23。 In comparison with the conventional uniaxial experiment, the peak strengths, elastic modulus, deformation modulus, and Poisson’s ratios obtained for the loading of staged creep experiments declined by 33.38%, 22.40%, 8.57%, and 24.73%, respectively.

根据上述分析,我们可以看到,煤的力学参数样本不仅依赖等因素的大小和分布方向联合裂缝里面还他们有关加载类型和模式。在单轴压缩实验中获得的力学参数明显高于上演放松(蠕变)的值加载实验,表明煤的力学参数样本显示时滞的特点逐渐失败。

图3显示了全过程的单轴压缩应力-应变曲线和上演放松(蠕变)实验三煤样品。我们可以看到从图3三种加载下,没有明显的差异应力-应变曲线在峰值强度之前,和峰后变形故障相关加载类型。煤炭样品经过压实阶段,弹性,整个压缩过程中收益,和失败。有了破坏煤炭样本中间的一部分(上)分层层单轴压缩达到峰值后,和压力曲线展品逐步下降,如煤炭样本MZ1和MZ3图所示3(一个)MS1和一份图3 (c)。峰值后,有两到三个时期的压力迅速下降。第一个压力下降后,轴承力继续增加随着轴向压缩变形的增加,然后,压力降低,煤样的脆性特征。

图3 (b)显示了全过程应力-应变曲线松弛的单轴加载实验煤样本分层层在中间。在放松期间,观察哪些地区压力下降的特点,这些压力下降的价值与松弛应力水平有关。松弛应力水平越高,压力下降越明显。图3 (d)表明,在单轴蠕变实验煤样,煤样品可以,5级,和MS6顺序加载水平2,3,4。蠕变加载应力水平相对较低的煤样MS6前三个水平。当煤样的加载压力MS6低于其屈服强度,煤的内部损伤样本很小的蠕变期间,轴向应变的煤样还不清楚,这表明特征在本质上是相同的常规单轴压缩变形。应力-应变曲线是光滑没有波动。在四级恒定加载过程中,加载应力水平超过煤试样的屈服强度。在蠕变期间,随着蠕变时间的增加,煤样的轴向变形持续增加,而压力略有波动。当轴向变形达到峰值应变、煤样品最终失败。没有明显的峰值点煤样品,5级MS6,和可以显示他们的曲线和产量高原的峰后应力值迅速下降。

3.2。单轴压缩实验的结果

之前我们进行了单轴放松(蠕变)的实验,我们首先进行了常规单轴压缩实验,确定合理方便放松(蠕变)压力水平和等级的样品。单轴上演放松(蠕变)加载实验能顺利进行,同时也方便比较三种加载考虑力学参数,从而获得特征背后的规则时延进步失败更多煤炭样本。图4显示了全过程应力(应变、能源)时间曲线煤样单轴压缩的一份(由于空间的限制,研究结果对于其他煤炭样本不是本文所示)。

应该注意的是,煤样的变形和破坏能量在加载可分为应力-应变曲线和应变轴:

根据定积分方程(所示的定义1)的总和小梯形带的区域可以使用应力-应变曲线:

在方程(2),计算样本数量的轴向应力-应变曲线在测试期间的任何时候,是抽样点,和在采样点的应力和应变,分别。

如图4在常规单轴压缩和设置位移控制条件下应用连续加载,煤炭样品的轴向应变表现出线性与时间的关系。在加载过程中积累的能量继续增加,如图4 (b)。在加载过程中,由于原始的关节内骨折的影响煤样品、原始联合裂缝发生在加载的初始阶段过程中逐渐关闭,应力-应变曲线成为凹和逐渐陡峭。轴向变形相对快速的增强,圆周变形的增加缓慢,体积应变逐渐增加。在这个阶段(OA)、煤炭样品的累积能量相对较低,和部分积累的能量被关闭裂缝。随着轴向应力的增加在弹性阶段,轴向压力和轴向和圆周菌株表现出大致的线性关系,表明煤炭样品的弹性特征。煤炭样品存储大量的弹性能量在这个阶段(AB)。当轴向载荷达到70%的高峰负荷,煤炭样本进入屈服阶段(BC)。随着轴向载荷的增加,材料的强度相对较低,在煤炭样本首先产量和失败,然后,原始裂缝下滑。新微裂隙不断出现,发展,开发,和聚合,使应力-应变曲线偏离直线,逐渐减速。轴向应变的速度保持不变。 At this stage, high-strength materials will bear an even higher stress and gradually yield, get damaged, and fail. The circumferential strain accelerated as the stress increased, reaching approximately 90% of the peak strength. There was a surge in the circumferential strain, indicating that the volumetric strain of the coal samples changed from increasing to decreasing. To put it differently, the volume of the coal samples began to increase. This phenomenon of volume expansion is a warning sign of coal sample failure. The coal sample is locally destroyed, while the main body structure can still bear a load. Once the stress reaches its peak strength, the macroscopic fractures cause the destruction of the load-bearing skeleton. The carrying capacity of the macroscopic crack slips decline, and the accumulated energy of the coal samples prior to the peak is released after the peak, forcing the coal samples to gradually lose their stability and fail.

图4表明,有一个快速上演煤炭样本一的峰后应力下降。达到峰值强度后,第一个压力快速下降( )发生瞬间,本地和纵向裂缝出现在煤样。圆周应变略有增加,但煤样的体积不超过原来的体积。随着轴向压应变增加,承载能力增加,直到点小振幅的变化 ,在第二个压力快速下降( )发生。纵向裂缝渗透形成宏观裂缝。周向应变迅速增加,体积应变迅速扩大,导致体积膨胀。然后,随着轴向变形持续增加,而承载能力增加,直到一点小波动 ,第三个压力快速下降( )发生。在这个阶段,煤样的圆周应变增加,体积迅速扩大和纵向肋骨折。随着煤炭身体压缩破坏,煤样失去稳定性和失败。这表明在煤样单轴压缩时,内部煤样品逐渐生成;他们表现出紧张的断裂,失去稳定性,和失败的峰值后,煤样的脆性特征。

3.3。单轴上演了松弛实验的结果

表2显示的结果单轴压缩了松弛实验三煤样本分层层在中间。在这个表中,是放松压力, 是松弛应力比(即松弛应力和峰值强度的比值),是放松的时间,压力的大小是放松期间下降,然后呢和的振幅增加轴向和周向压力放松举行期间,分别。煤炭样品的强度MZ4 MZ6相对较高;之前有五到六的松弛峰和一个峰值后放松。煤样的强度MZ5显然是低,有两个高峰前放松和一个峰值后放松。图5显示了全过程应力(应变、能源)与时间曲线的单轴压缩了松弛实验煤样MZ4(由于空间的限制,对煤炭样本MZ5和MZ6结果未显示)。

我们的分析表明,全程应力-应变曲线如图的特点5煤样单轴压缩了放松的MZ4大致相同的常规单轴压缩;没有明显的区别。压力(压力和能源)的变化与时间曲线在上演放松加载过程中表现出明显的差异,以及应变和能量与时间曲线表现出逐步增加之前加载的应力达到峰值强度。即轴向应变弛豫期间保持不变,而周向应变和轴向应力表现出不同的特点。测试机没有操作样品弛豫期间。

在初始加载阶段,煤炭样本的原始裂缝关闭。轴向应变是相对较大的,圆周(体积)压力相对较小。一级加载时为13.07 MPa(49%)的应力比603年代时期,压力下降的幅度为0.18 MPa和圆周应变保持不变;2级加载时为15.57 MPa(59%)的应力比692年代时期,压力下降的幅度为0.12 MPa和圆周应变保持不变;三级加载时为18.11 MPa(68%)的应力比573年代时期,压力下降的幅度为0.11 MPa和圆周应变略有增加。因此,放松压力比例低于68。样品加载时为18.11 MPa的应力比(%),压力下降的幅度不超过0.20 MPa和轴向应变的大小增加了29.3%。圆周应变基本保持不变,这表明它已经达到了煤样内部的弹性稳定状态,没有损害已经造成煤炭样本期间内前三个放松的时间。

四级装满20.64 MPa时(78%)的应力比642年代时期,压力下降较快的33个年代,然后保持不变。的大小为1.30 MPa压力下降,和周向应变的大小增加 ,这表明松弛应力比高于78%。尽管轴向变形不再增加,煤炭样本上的测试机器没有运行在放松,和内部的微裂隙煤样品逐渐发芽,进化,由依靠煤炭样本前期间积累的能量。5级加载时为23.44 MPa(89.0%)的应力比555年代时期,压力下降较快在200年代第一次,然后保持不变。的总大小下降为1.10 MPa,和总大小的圆周应变增加 。

6级加载时为20.64 MPa(应力比为100%)松弛试验,一个突变现象发生在煤样的应力-应变曲线。为了方便起见,我们放大,显示应力(应变、能源)与时间曲线放松期间在6和7,如图6。我们可以看到从图6在589年代期间,6级的放松,压力显示包含多个下降的现象的发生,和压力下降的幅度达到4.98 MPa。周向应变迅速增加,增加的幅度 。可以看出当放松压力高于饱和煤样的峰值强度,即使测试机器没有供应能量弛豫期间,高强度材料的弹性能量积累在煤样可以持续释放,迫使煤炭样本内的低威力材料不断产生和失败。煤样内部的微裂隙不断演化,发展,和聚合的弛豫时间的推移,最终形成宏观裂纹,降低了煤样的承载能力。当压力下降到峰值为21.0 MPa(应力比为79%),峰值后我们进行了放松7级。在128年代期间,主轴承的压力框架内煤炭样本不断调整,表现出与波动稳步下降;压力下降的幅度为5.47 MPa。轴向应变迅速增加,然后,圆周和体积压力迅速增加。煤样不断摆脱碎片,最终失去了它的稳定性,和失败;承载能力迅速下降到零。

上面给出的分析表明,煤样的变形和强度在单轴进行了松弛实验密切相关松弛应力比(时间)。四级的松弛应力比煤炭样本MZ4为78%,一级的松弛应力比煤炭样本MZ5是84%,和5级的松弛应力比煤样MZ6是76%。因此,放松的时间特征变得明显。不同,煤样的压力下降时明显圆周和体积压力开始增加。

3.4。结果单轴蠕变试验

表3显示了单轴进行了蠕变实验的结果煤炭样本上分层的层。在这个表中,蠕变应力, 蠕变应力比(即。,the ratio between creep and peak strengths),蠕变时间,是实验的累计时间,和是轴向和周向压力的增加了蠕变期间,分别。从表中我们可以看到1和3显然是5级,煤炭样品的抗压强度低。在二级蠕变后,煤炭样本可以再次摧毁了在加载过程中,和峰值强度为7.97 MPa。煤的抗压强度样本MS6是相对较高的。煤样MS6失去了稳定性和四级失败在蠕变过程中,和峰值强度为15.50 MPa。煤的抗压强度样本之间这两个5级,和峰值强度为8.42 MPa。5级煤样在蠕变过程中失去了稳定性和失败3级。

图7显示了全过程应力(应变、能源)与时间曲线的单轴蠕变实验煤样MS6,来自上分层的层(由于空间的限制,煤样品可以和5级的结果没有显示)。相比之下,松弛实验如图5,单轴蠕变实验是不同的。在单轴蠕变,煤炭样本表现出大致的轴向应力随时间逐步增加。在上演了蠕变期间,轴向压力保持不变。轴向应变(能源)继续增加,和测试机器不断地提供能源的煤炭样本。的结果在煤样单轴进行了蠕变实验,可以看出,轴向应变的特征(能量)随时间变化明显不同于单轴压缩。

样品加载时为7.90 MPa(51%)的应力比一级,同时保持压力不变,轴向(环形)菌株没有明显改变583年代时期,和增强的大小 。2级加载时为10.46 MPa(应力比为67%),同时保持压力恒定的598年代时期,轴向和周向压力大致相等,增强的大小 和 ,分别。三级加载时为13.00 MPa(应力比为84%),同时保持轴向应力常数为630年代时期,轴向应变的增加缓慢而增加的圆周应变快,震级的增强 和 ,分别。体积应变开始减少,这意味着煤炭样本的内部不断受损,微裂隙逐渐发芽,进化,发展,和聚合。四级装满15.50 MPa时(应力比为100%),煤炭样本逐渐失去了它的稳定性和失败。为了便于描述,应力(应变、能源)与时间曲线在蠕变期间在4级扩展,如图8。

通过分析图8,我们可以看到,上演了蠕变应力接近峰值强度时,尽管煤炭样品的轴向应力基本保持不变,轴向应变的增加缓慢。然而,圆周应变迅速增加,其价值远远大于轴向应变。煤样体积迅速膨胀,205年代后突然被摧毁了。很明显从图8(一个)strain-time曲线类似于正常的岩石单轴压缩蠕变实验曲线,因此,我们可以将蠕变曲线分为三个阶段,即瞬时蠕变(我),稳定蠕变(II),和加速蠕变(III)。然而,还是有本质区别的单轴蠕变和常规单轴蠕变试验。主要区别如下:(1)传统的蠕变实验的压力高于长期强度和低于瞬时强度峰值,而在单轴加载实验,最后水平加载应力水平接近的单轴压缩瞬时峰值强度煤样品;(2)传统的蠕变实验的持续时间相对较长,同时进行了蠕变实验的持续时间相对较短;、(3)样品接近失败时,时间和应变曲线的形式在加速阶段也不同,在加速阶段变形速度是相对缓慢的在传统的蠕变实验中较快的蠕变实验。这是因为岩石的破坏在常规蠕变实验是由缓慢下滑引起的晶体位错,而煤样单轴进行了蠕变实验期间的破坏主要是由于快速打开和断裂的垂直裂缝。

总之,在放松(蠕变)的实验中,当放松(蠕变)应力比低于70%,松弛的特点(蠕变)的影响不明确;当放松(蠕变)应力比高于70%,即使轴向应变(应力)放松期间保持不变,积累的能量相对强度高的材料在煤炭样本可能导致材料的强度相对较低,随着时间的推移逐渐得到受损和失败并导致新的微裂隙不断发展,开发和收敛。高强度材料能承受更高的压力和逐渐倾向于失败,和煤样的承载能力随着弛豫时间的流逝将不断下降。在蠕变期间,煤炭样品的轴向和周向变形逐渐增加,和他们的体积不断膨胀。即使在压力低于峰值强度,维持一个恒定应变(应力)在很长一段时间也会使身体煤炭产量和失败。放松(蠕变)应力水平越高,越短的时间损失。相反,损失的时间变得更长当应力水平低。因此,对于一个完全机械化开采的脸,通过增加阻力的支持,及时将支持煤炭切割后,减少煤炭的压力在工作面前,和煤壁缩短曝光时间,我们可以有效地防止煤壁剥落的发生事故。

3.5。故障特征

传统的单轴和单轴放松(蠕变)的失败煤炭样本中间和上部层状层如图9;我们还提供草图的裂缝。

从图可以看出9煤炭失败在常规单轴实验相对简单和有明显tension-shear双重断裂面。裂缝的数量是相对较小的,裂缝面大致平行于加载方向,如煤炭样本MZ2断裂表面。大部分的煤样品表现出一个或几个主导裂缝,扩大和初始化裂化过程。当二级裂缝不能完全扩张,整个煤炭样本分成许多块。而煤炭样本显示张力的裂缝,这些也伴随着滑移滑移表面,如煤炭样品的剪切滑移表面B和C MZ1和MZ3分层层在中间,如图9(一个)。图9 (c)显示了两个拉伸裂缝,A和B,它首先出现在煤样MS1上分层的层。随着压力的增加,出现了断裂的横向裂纹的薄板形成C,在协议的特点,多重压力降低后的应力-应变曲线峰值图所示2对煤炭样本MS1。煤炭样品一份,可以显示两个剪切滑移表面,最终表现出X -和v形失效形式。

煤样的横向膨胀有点明显,如在煤煤样块D MZ4和煤煤样块F (MZ5分层的层在中间,如图9 (b)。图9 (d)表明,煤样可以和MS6有许多纵向裂纹平行于加载方向和滑移次生裂缝生成在许多地方。

4所示。讨论

随着轴向载荷的增加,材料的强度相对较低,在煤炭样本首先产量和失败,然后,原始裂缝下滑。新微裂隙不断出现,发展,开发,和聚合,使应力-应变曲线偏离直线,逐渐减速。轴向应变的速度保持不变。在这个阶段,高强度材料将承担更高压力和逐渐屈服,损坏,失败。剪切裂缝发起了巨大而突然压缩应变跳然后在一个不稳定的方式迅速传播导致标本的失败。

因为内部的交叉联合骨折分布式煤炭样本,因为不同的方向和大小的裂缝有不同程度的影响的变形和强度煤样品,单轴压缩实验的结果相对离散。尽管如此,三个样品的平均值可以用来描述不同的加载模式的力学特性。

尽管轴向变形不再增加,煤炭样本上的测试机器没有运行在放松,和内部的微裂隙煤样品逐渐发芽,进化,由依靠煤炭样本前期间积累的能量。放松压力比例高于70时,放松的时间特征变得明显。不同,煤样的压力下降时明显圆周和体积压力开始增加。杨等人进行了单轴压缩时延故障实验大理石和发现圆周应变在大理石时滞故障的发生明显大于轴向应变(1]。上面给出的分析表明,煤样的变形和强度在单轴进行了松弛实验密切相关松弛应力比(时间)。

与传统的单轴实验相比,在举行了放松(蠕变)的实验中,直接的煤炭样本充分发展和失败形式相对复杂,因为加载过程的持续时间相对较长。裂缝主要沿着加载方向扩展,然后碎成许多相对薄片和碎屑岩。这是因为在上演放松(蠕变)的实验中,应力低于峰值强度的作用下,内部的微裂隙煤样品有足够的时间来慢慢扩大。最终,除了形成一个或几个主要的宏观裂纹,扩张也会形成许多次生裂缝,整个煤炭样本分割成许多薄板碎屑岩逐渐崩溃和脱落,因此,裂缝数量的增加。上演了放松(蠕变)煤炭样品的实验证明了失败特征极其相似特点的煤壁剥落工作面临的煤矿。

5。结论

(1)前的应力-应变曲线峰值对煤炭样本在常规单轴压缩和分级放松(蠕变)加载不不同,和两个显示压实阶段,弹性、屈服,失败。局部应力下降出现在舞台上放松,没有明显的峰值点的粒级蠕变测试,出现产量高原(2)常规单轴压缩试验中得到的力学参数明显高于得到的单轴压缩松弛测试,这表明,煤样的力学参数是时间敏感(3)应力比低于70时,应力松弛(蠕变)并不明显。当放松(蠕变)应力比高于70年,位移(压力)在放松(蠕变)仍然保持不变。放松(蠕变)时间的流逝,煤的内部微裂隙继续发展,开发和收敛。放松(蠕变)的应力水平越高,损伤持续时间越短,损伤持续时间越长。完全机械化煤炭面临采煤工祖,介绍相关事故可以有效地阻止了通过提高支持电阻和移动框架支持后削减煤炭,从而减少煤炭的身体面对面前的压力和缩短时间的煤壁接触(4)常规单轴压缩失败是简单和清楚地呈现tension-shear双重骨折的表面。煤炭样品的失效形式更复杂的阶段期间放松(蠕变)测试。整个煤样品被分成许多薄碎片通过崩溃和脱落,因而和裂缝的数量增加,表现出明显的横向膨胀特性。这些是非常相似的特点,延迟高开采煤炭墙壁和盖的失败

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果中包括文件的补充信息。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国自然科学基金会(没有。U1504529)。

补充材料

我们进行了单轴压缩和单轴放松(蠕变)实验煤样本上(中)分层层煤层的Zhaogu没有。2我的。煤炭样本上分层MS1-MS6层被数,和中间分层煤样本层MZ1-MZ6被数。(1)根据加载类型应用,单轴压缩实验可分为常规单轴压缩、单轴压缩逐步放松,和单轴压缩逐步蔓延。有煤样品十二个,实验数据文件前缀题为“常规单轴”,“逐步放松,”和“逐步蔓延”作为补充材料给我们的手稿,分别。(2)表1显示了传统的单轴和上演了放松的结果(蠕变)实验煤样品,分别。和 , , , , , , ,和的直径、高度、天然密度、纵波速度,单轴峰值强度(松弛,蠕变)、弹性模量、变形模量、泊松比的煤样,分别。(3)实验在rmt - 150 b型电液伺服岩石试验系统。它会自动收集实验过程中载荷和变形信息。每个实验数据文件由载荷和变形信息,即时间、轴向力、轴向变形、侧向变形、轴向应力、轴向应变、横向应变,体积应变,时间,和精力。数据(图3 ~ 8)在手稿中显示实时获取全过程应力-应变曲线的单轴压缩蠕变(放松),应力(应变、能源)与时间曲线和完成应力(应变、能源)与时间曲线煤炭样本。(补充材料)