调查Pore-Fracture煤炭及其对煤的拉伸断裂行为的影响机制与破裂倾向

文摘

计算机断层扫描(CT)和切口半圆弯(NSCB)测试执行高的煤和介质破裂倾向提取的科学表达pore-fracture及其对拉伸断裂行为的影响机制。声发射(AE)参数在样本期间加载和故障监控,和pore-fracture拉伸断裂行为的影响机理的煤进行了分析。结果表明pore-fracture的空间分布特征与高煤和介质破裂倾向是非常不同的。煤的变形和失效模式受到许多因素的影响,加载模式,切口深度和宽度,力学性能矩阵和纯矿物,pore-fracture的空间分布特性,等。主要pore-fracture煤的影响扩展和渗透的次级断裂可分为两种类型:分岔和推广,这将导致不同的局部损伤样本中,影响最终的破坏模式。声发射参数的特性表明,样本加载下的变形与破坏过程可分为四个阶段:压实阶段,弹性变形阶段,位移塑料增长阶段,和峰后破坏阶段,这是许多因素综合作用的结果。二次断裂的演化过程是伴随着弹性应变能量的耗散和煤的内部损伤的加剧,反映了煤的破坏过程。

1。介绍

煤炭在中国能源具有重要地位近年来战略体系,这是经济发展的支持作用。可以预测,在中国煤炭仍将占据主导地位的能源在未来长期内(1,2]。然而,这是不可避免的深层与浅层煤炭资源枯竭煤矿(3- - - - - -6]。之间有显著差异;综合分析结果表明,高地应力、高地温、在煤层深处和高渗透压改变煤的力学性能和应力状态存在的浅煤层,导致频繁的深层动力灾害(7- - - - - -9]。在采矿过程中,煤是通常在一个复杂的张力和压缩应力状态共存;然而,它的抗拉强度远低于抗压强度。重要的是做一个深刻而全面研究其抗拉性能对煤层稳定性和动态防灾。

煤是一种复杂的多孔介质由工厂仍在地质学和生物学的联合行动。能够很好的接受,煤是由有机成分(矩阵),无机组件(纯矿物)和pore-fracture [10- - - - - -12]。pore-fracture的存在加剧煤炭和形式存储空间的复杂性和迁移通道的气体和其它液体,也影响下煤的力学性能和失效行为的外部负载。国内外学者研究了pore-fracture煤炭和取得丰硕成果。各种方法用来研究pore-fracture在煤炭、汞等入侵porosimetry (MIP),气体吸附(N₂/公司₂/ CH₄)、计算机断层扫描(CT)、核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),可分为三种类型,即。直接观察的表面形态、流体侵入方法,和x射线和光谱方法(13,14]。郭等人提出了煤层渗透率测量基于新的渗透率演化模型,这有利于强化学习渗透在其塑性变形的15]。赵等人研究了毛孔的功能通过使用同步加速器辐射nano-CT和核磁共振技术(NMR)和实现了可视化的孔喉结构(16,17]。朱等人分析了煤的孔隙特性和动态灾难之间的关系,并指出在孔隙之间有差异与破裂倾向煤与瓦斯突出(18]。吴等人计算煤炭的动态弹性参数通过实验测定和理论分析和得出结论,动态弹性参数与裂缝在煤炭19]。彭等人分析了煤的断裂形态之前和之后都基于CT技术的三轴压缩破坏和构造裂缝分布的分形模型20.]。聂等人利用气体吸附和SEM测试不同等级煤的孔隙特征,认为孔隙与煤化作用过程和变质程度(21]。王等人分析了煤炭高排名的骨折CT和水星入侵porosimetry (MIP)和批准,断口形状与煤的渗透率22]。Bastola和Cai提出大理石断裂传播和力学性能之间的关系基于lattice-spring-based合成岩体模型(LS-SRM),发现不同裂缝参数对力学性能有不同的影响(23]。杜等人分析了长治煤矿的断裂及其对渗透率的影响扫描电镜能谱和吸附试验,建立了pore-fracture网络模型(24]。李等人建立了双重多孔介质的多重分形模型和分析断裂结构和渗透率之间的关系(25]。希和Jha研究煤的纳米级断裂力学性能通过实验和理论计算26]。魏等人分析了全面在淮南煤矿深部煤层的孔隙特性及其对吸附容量的影响MIP的全面应用,氮气/二氧化碳吸附和电子显微镜扫描实验(27]。锅等人相比的优缺点常用实验技术来测量煤的孔隙,SEM, AFM, pore-fracture的特点等,并分析了通过分形理论28]。谅解备忘录等人表明,变质构造变形,矩阵的主要内部因素是影响煤的孔隙分布(13]。蔡等人和王等人研究了断层的演化动态岩爆灾害的现场调查和理论分析,认为弱等表面缺陷改变了该地区的静态和动态应力,控制了断层活化,这将是一个诱发因素的岩爆(29日- - - - - -31日]。江等人研究了断层参数的影响冲破现场微震监测和数值分析(32]。腾等人系统地研究pore-fracture煤层气体迁移的影响方面的实验,数值模拟,模型建立和提出新措施提高排水效率,获得了良好的工程效果(33- - - - - -36]。拉伸力学性能的测试测量煤在实验室包括直接拉伸试验和间接拉伸试验(37,38]。

总之,目前的研究对煤炭主要专注于pore-fracture pore-fracture pore-fracture和关系的特点,渗透,adsorption-desorption。取得成就的研究方法和方法,与不同尺度pore-fracture煤的特点,和影响的外部因素(温度、压力、水等)pore-fracture。然而,一些报告pore-fracture之间的关系和煤炭已经出版的拉伸性能。煤的抗拉特性是受地质条件的影响,气体发生煤、pore-fracture,很难准确地确定通过现有的技术。有许多方法可以用来测试煤的抗拉性能,如雪佛龙弯曲(CB)和shortrod (SR)标本,那只有裂缝的雪佛龙取得巴西圆盘(CCNBD)标本和切口半圆弯(NSCB)标本,它分为直接检测和间接检测。它被接受,后者比前者更简单的操作和更准确。NSCB测试属于后者,广泛应用39,40]。高的煤和介质破裂倾向选择研究;pore-fracture的空间分布特征及其影响机制研究了煤的拉伸断裂行为通过CT和NSCB测试;声发射信号在外部荷载下的变形和破坏是监控验证煤的内部损伤演化过程。

2。材料和方法

2.1。样品制备

收集的样本和介质破裂倾向高Hongqinghe煤矿(HQH)和Nalinhe煤矿(NLH),分别。样品如图的位置1。对于前者,它位于Yijinholo旗帜,中国内蒙古自治区鄂尔多斯市。这是一个单克隆结构1°3°倾斜的;折叠和错误并不发达,属于不含气的煤矿。只有3号煤层10倍破坏性的爆发在开采期间从2018年3月至11月,造成巷道伤害和设备损坏。样品来自9号煤层平均埋深约760米。对后者来说,这是接近Hongqinghe煤矿,位于乌审旗,中国内蒙古自治区鄂尔多斯市。3号煤层的屋顶主要属于不稳定的屋顶,在当地属于中等稳定的类型,和地板属于相对软(iii a)类型。样品取自3号煤层,经历了许多微震的事件,平均埋深600米或在那附近。样品都认真和迅速送往实验室,然后钻到尺寸的半圆柱体直径50毫米和25毫米的高度。 Both ends are trimmed to ensure that the unevenness is less than 0.01 mm, and the side is polished to make sure that the nonparallelism is not greater than 0.01 mm. The notches with 1 mm in width and 6/8 mm in length are machined at the center of the circle, and the top is sharpened by a diamond wire saw. The numbering rule of samples is the abbreviation of the coal mine; the width of the notch is the serial number of the sample. For example, N8-2 represents the sample from Nalinhe Coal Mine with 8 mm in width, and the order is 2. Industrial analysis and axial wave velocity tests are performed before CT and NSCB, and the results are illustrated in Table1(10]。

2.2。试验和监测方法

CT测试是进行煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学和技术,北京,和设备ACTIS300320 / 225,可以执行精密,准确检测样品内部的三维结构。为了提高结果的可靠性,CT测试符合中国国家标准GB / t26593 - 2011。在测试期间,在高度方向上的扫描间隔是50μm, 501张照片扫描每一个样本,这是记录为1 - 501从下到上。图片大小 像素,每个像素的分辨率大约是50μ米,描述的pore-fracture样本。测试过程的详细描述见李et al。10]。

NSCB测试之前,采取两个措施监控样品的损伤信息。首先,两组应变片粘贴在每个样本记录的表面应变在失败。值得注意的是,应变仪位于直线与上端的装载点和切口2毫米远离他们,分别编号1和2。是很重要的,应变仪BX120-5AA,和四个频道DH3821选择静态应变测试分析系统收集应变信息,如图2。micro-II表达声发射检测系统由美国物理声学公司是用来记录和分析破裂过程中的声发射信号的样本。在测试中,两个声发射传感器编号选择1和2,和传感器的连接线中心垂直于样品的横截面。后涂上凡士林,传感器固定在样品的表面来提高传感器和样品之间的接触质量。NSCB的设备是电子万能试验机MTSC45.104生产在美国,如图3。位移控制加载,加载速度是0.1毫米/分钟。在测试期间,特别指派人将负责装载设备,声发射检测设备,和应变测试系统,分别,所以环境是安静的,所有这些测试都是同步的。

3所示。结果和分析

3.1。分析Pore-Fracture的煤炭

CT无损检测技术,广泛应用于研究mesodamage多孔材料力学性能和内部成分分析,煤和页岩等。它可以实现连续的多个不同部分的扫描记录样本并实现三维重建和显示样品的三维结构(41- - - - - -45]。CT的原理是,x射线穿过物质具有不同密度会不同程度的减毒和显示不同的颜色(灰度值)图像。物质的密度越高意味着更多的衰减和打火机颜色的图像。因此,矩阵的三个组成部分,纯矿物和煤pore-fracture可能被确定通过三元灰度阈值分割,即。图像的,黑色部分代表pore-fracture,暗灰色的部分表示矩阵,浅色部分意味着纯矿物(46- - - - - -49]。原始图像获得通过CT通常是16位灰度图像,需要预处理对3 d重建的样本。预处理包括背景识别(区分并调整图像的背景区域的灰度值通过MATLAB程序),工件和噪声消除(调节异常操作不当造成的灰度值电压通过MATLAB),和模糊边缘改造(利用MATLAB普瑞维特运营商),这是李et al。(详细描述10]。MATLAB是一个不同寻常的广泛实用的图像处理软件,它提供了一套综合的算法和工作流应用图像处理、分析、可视化和算法开发和可用于微尺度图像处理的多孔材料50,51]。author-compiled MATLAB程序介绍段CT图像基于灰色的价值。处理过的图像只包括三种灰色值,对应于矿物质,从小型到大型矩阵,pore-fracture。在207号的图像样本HQH作为一个例子,三元处理前后图像数据所示4(一)和4 (b)展示三个分量的分布在煤炭。

很多软件可以完成CT图像的三维重建,如MATLAB, AVIZO、模仿等。42,43,52]。模仿拥有成熟技术的优点,操作简单,图像识别,与数值模拟软件和兼容性,ANSYS, FLAC3D软件,等等,并用于图像导入,图像分割,图像可视化和图像测量。选择模拟的三维重建研究,和样品的结果6毫米的切口宽度如图5。这表明,煤中的组件的空间分布是随机的,和体积的比例矩阵,纯矿物,pore-fracture表所示2。在煤炭大量pore-fracture共存,不同的宽度,长度,和形态,pore-fracture在样本的空间分布特征是明显不同的。具体来说,pore-fracture HQH样本相对分散,和连通性差。虽然在样本pore-fracture NLH特点是地区差异,连通性增加了。Pore-fracture是样品的力学性能弱点在载荷下的变形和破坏;不同规模pore-fractures有不同的进化规律的变形和破坏过程中样品的不同级别的破裂倾向,从而影响样品的失效模式。

3.2。荷载位移加载点的分析

尽管采取的加固措施,一些问题仍然发生在测试期间,如快速破坏应变仪的样品和脱落,导致缺乏一些应变的测试数据。样品在加载点的荷载位移曲线测试如图6,N8-2的数据丢失。它表明,样品的破裂过程包括压实阶段,弹性变形阶段,位移塑料增长阶段,和峰值破坏阶段后,位移塑料成长阶段并不明显。样品的最大负载HQH减少样品的宽度变化时从6毫米到8毫米。后峰值负载不同程度减少步骤,说明样品的主轴承结构改变,和声音可以听到明显在测试期间。轴承结构失败后,负载急剧下降,导致煤的破坏样品。H8-1更值得注意的是,数据比样品在同一组,被驱散。样本的最大负载NLH显然不会改变在不同宽度的级距,压实阶段相对温和,在加载点位移相对较大。N6-1和N6-2帖子前大幅下降,峰值负载样品损失,而后者滴在多层次的步骤。的结果和样品8毫米宽不同于别人。其中,N8-2损失过快,结果不是。 The compaction stage of N8-1 is short; the load in the post peak stage decreases in multilevel steps, accompanied by elastic energy dissipation. The N8-3 damages rapidly after the elastic deformation stage, and the residual strength is greater than N8-1. It could conclude that the failure behavior of the sample is related to its level of bursting proneness, the width of the notch, and other factors, under the same loading mode. The average maximum load of samples from HQH (high bursting proneness) is greater than that of NLH (medium bursting proneness), and the failure process is more sudden and thorough; even some strain gauges destroy completely. The larger width of notch would attenuate the maximum load of samples from HQH severely, and little for that of NLH.

3.3。Strain-Time探测点的分析

strain-time曲线下的探测点外部负载如图7和数据的检测分不有效地获得。两种应变仪的H6-1和2号H6-2都失去了在测试期间,和N8-2的破坏时间太短;这些数据是失踪。如果切口的宽度是6毫米,H6-2菌株和H6-3小得多比别人,这个峰值之后迅速下降。附近的1号应变仪H6-2主要以压应力加载的早期阶段,逐渐和拉伸应力。1号附近H6-3主要以压应力应变仪,和2号应变片的拉应力;脆性煤是显而易见的。如果切口的宽度是8毫米,2号附近的应变仪样本HQH拉伸应力,应变仪和1号需要压应力;压力很大。样本的故障特征NLH HQH不同,主要反映在步骤后的应变峰值下降,提出了它们的内部结构的差异。

3.4。声发射特性分析

声发射是一种无损检测方法被广泛用于检测煤和岩石的变形和断裂特征的材料。它可以有效地代表材料的应变能解放和pore-fracture的演化过程。微裂缝事件的3 d位置和能源信息可以通过声发射时频参数分析、三维定位、震源机制反演,和相关技术的实时演化过程和繁殖材料的二次骨折(41,53]。

3.4.1。声发射的物理参数样本

声发射信号的阈值在测试设置为40 dB,和采样率设置为1 MHz。带头破坏试验是在装货前,以确保执行的声发射信号可以有效地获得。声发射系统的时间同步和试验机系统,以确保收集的数据进行同步。人员和设备应该保持安全距离,因为小煤炭块可能排出的现象在损伤,和环境的测试应该是黑暗和安静的来提高数据的准确性。结果表明,12煤样品的声发射特征非常离散,它是极其困难的,毫无意义的分析所有的样品的结果。H6-1、H8-3 N6-2, N8-1选择进行分析,和相关的结果如表所示3。样品的抗拉强度是计算方程(1),根据赵的建议等。38]: 在哪里推断试样的抗拉强度(MPa),代表的最大负载(N),是直径的样本,是一个常数等于100(毫米),然后呢代表样本厚度等于25 (mm)。

3.4.2。分析样品的声发射特性

H6-1的关系、H8-3 N6-2, N8-1 NSCB测试之间的进化特性的压力、累积能量,影响速度,时间是在数字8(一个)- - - - - -8 (d),分别。它表明机械响应四个样品的四个阶段是截然不同的,即,compaction stage, elastic deformation stage, displacement plastic growth stage, and post peak failure stage. However, the evolutionary process of the parameters is basically consistent with the failure process of the internal structure of the sample. The compaction stage of H6-1 sustains long, and the cumulative energy and impact rate increase slowly, and the growth rate of the other three stages increases. The impact rate increases rapidly in the displacement plastic growth stage, but the value is not large, which indicates that damage in this stage is mainly microfracture extension. The impact rate decreases rapidly, and cumulative energy increases sharply in the post peak failure stage, which means damage is severe and residual stress is small. The acoustic emission feature of H8-3 and N6-2 in the first three stages are not obvious, but the impact rate fluctuates greatly with time in the last stage, which manifests that the failure of samples is not completed instantaneously. The failure duration of the latter is significantly longer than that of the former, which is due to the high bursting proneness of the former. The acoustic emission feature of N8-1 is weak in the compaction stage and enhanced in the other stages, especially in the displacement plastic growth stage. The impact rate fluctuates in the post peak failure stage and coincides with the step failure behavior of samples, which indicates that bearing structure changes during the failure process.

H6-1的关系、H8-3 N6-2, N8-1 NSCB测试之间的声发射事件RA值(上升时间/振幅)和平均频率AF价值(数/持续时间)数据所示9(一个)- - - - - -9 (d),分别。刘等人的建议下。54),声发射波形演化过程中不同类型的骨折是不同的。一般来说,拉伸断裂的RA值低和房颤的价值高,剪切破坏的RA值高和房颤的价值很低,与RA值和房颤拉伸剪切混合故障相对较低的价值。煤的RA和房颤值在这个研究是分散的,有弱的规律性,这表明煤的次级断裂的演化过程非常复杂和高度离散的、拉伸断裂,剪切破坏,拉伸剪切混合共存时失败。声发射信号点的峰值破坏阶段更比其他阶段,这表明破裂过程的持续时间很短,和失败的强度很大。H6-1和H8-3切口的宽度增加;声发射事件AF高价值和低RA值显著降低在前三个阶段,这意味着减少煤炭的拉伸断裂。声发射事件增加,广泛分布于位移塑料增长阶段,这意味着许多类型的骨折共存。较低的声发射事件后房颤值和高RA值增加峰值破坏阶段,这显示了增加剪切断裂。N6-2和N8-1切口的宽度增加;压实阶段声发射事件数; that with high AF value and low RA value increases in the displacement plastic growth stage; likewise, that with low AF value and high RA value increases too. These indicate that both tensile fracture and shear fracture increase, and tensile shear mixed failure occurs in samples.

3.5。失效模式分析的样本

在NSCB测试样品的失效模式是明显不同的,如图所示10。主要性能的主要断裂的位置是不固定的(大部分是在和附近的垂直线在切口或的垂直线和附近两个支持点),与水平线的角度不同(主要是大约90°附近的次级断裂和改变扩展),扩展跟踪是随机的(机械性能影响的煤炭和固体颗粒的分布,纯矿物颗粒硬度大转变或分叉断裂),和渗透程度是不固定的(一些样品完全拉伸断裂,几乎完全渗透两个应变仪,和类似的一些样品有多个裂缝宽度和长度,但渗透程度很小)。通过应变和检测声发射信息,认为NSCB测试样品的失效行为是受外部负载的影响,机械性能矩阵和纯矿物,pore-fracture,和其他因素,其中pore-fracture影响变形的三个阶段。然而,样品的失效模式主要是由其内部承重结构进化和整体机械性能。

4所示。数值模拟的分析样本

4.1。有限元模型的建设

采用有限元法模拟NSCB条件下样品的失效行为。首先,样本的几何模型是建立在ANSYS和网状计算元素的总数,和每个组件的元素数量计算体积比的基础上,从CT获得;组件的有限元信息在示例如表所示4。其次,相应的每个组件都是随机生成的author-compiled MATLAB程序作为有限元单元号。值得注意的是,如果相同的任何组件的有限元单元号出现时,它会再生,直到所有的数字都不重复。然后,根据数量和选择元素定义为纯矿物集团(纯矿物组件),矩阵(矩阵组件),和pore-fracture集团(pore-fracture组件)来构造有限元模型。带着样品8毫米的切口宽度作为一个例子,有限元模型的样本HQH NLH如图11。红色单元代表了pore-fracture组件,蓝色的单元指的是纯矿物组件,组件和绿色单位代表矩阵。

4.2。估计材料特性

假设纯矿物的力学性能和矩阵基本组成单元在样本基本上符合威布尔分布,和它们的力学参数可以获得维氏硬度试验。显微硬度测试设备是em - 1500 l微维氏硬度计。样例是一个立方体边长20毫米,这是处理和形状的一次。样品的表面光滑平坦,和尘埃形成的处理。三个计量点代表矩阵和纯矿物领域讨论了每个样本,由3 - 5操作符,和10个女朋友的恒定负载持续15秒。以平均值为测试结果,如表所示5。力学参数,如弹性模量和泊松比矩阵和纯矿物的确定基于硬度值和材料力学参数之间的关系,结果如表所示6。尽管该方法用来确定力学参数有一个缺点,它可以满足力学计算和数值模拟的精度要求55- - - - - -58]。模拟,固定约束应用到节点20毫米远离圆心底部的模型,和一个集中负荷应用于模型的上部。以节点2毫米以上等级为探测点(应该矩阵元素组),和它的应力应变特性进行了分析。

4.3。数值模拟分析

数值模拟结果的样本HQH和NLH如表所示7。它认为外部负载,切口的宽度,矩阵和纯矿物的力学性能影响的应力、应变分布探测点。也为更多的人所认可的内部应力、应变的作用下对称结构对称分布对称负载,但内部应力、应变分布的数值模拟结果更复杂和不对称。的主要原因如下:(1)空间分布三个组件的示例是不对称的和随机的。(2)承载力三个组件的示例是截然不同的。煤炭是异构和各向异性,不同位置的局部力学性能示例也不同。(3)演化过程的应力、应变载荷模型很复杂,很有当地的差异。数值模拟的结果表明,样本的内部压力HQH远远大于NLH,和相同应变下逆转切口的宽度。此外,两个样本的应力和应变相同的煤矿和切口的宽度增长下降。失败的位置在示例(应力、应变是伟大的)基本上是在加载点或支持点附近,这将扩展到内部样本。 The phenomenon of the tensile zone and stress concentration at different degrees appears nearby the top of the notch. Secondary fracture initiates and extends upward under the continuous action of external load.

5。讨论

5.1。外部负载故障行为的影响

在NSCB测试,样品都经历压实阶段,弹性变形阶段,位移塑料增长阶段,和峰后破坏阶段,伴随着损伤演化和能量释放的样本。所有这些都是外部负载下的力学响应。它的结论是,外部负载大大影响机械反应,这是一种诱发因素的失败行为,可以人为地调整。

5.2。力学性能的影响矩阵和纯矿物的失败行为

矩阵和纯矿物共同构成的轴承结构样本,这是保持样本的完整性的基础和推迟次生裂缝的扩展和渗透。在特定的外部负载下,应力场和应变场将改变矩阵和纯矿物的力学性能。实验和数值模拟的结果表明,次生裂缝的扩展和渗透几乎都是沿着突然地区的机械性能,如结矩阵和纯矿物,矩阵和主pore-fracture结,结的纯矿物和初级pore-fracture。矩阵和纯矿物的抗拉强度比抗压强度低。样品在NSCB测试通常经历拉伸断裂,剪切破坏或拉伸剪切混合失败。

5.3。Pore-Fracture失败行为的影响

大量的随机分布pore-fracture形式在煤化作用过程中,破坏煤的完整性和组成的潜在的损失和破坏样品。大部分的次级断裂附近的NSCB测试启动主pore-fracture和扩展力学薄弱的部分。有趣的是,扩展会延迟如果矩阵或纯矿物固体颗粒在扩展过程中遇到。否则,次级断裂将加速扩展(次级断裂和主裂缝的方向接近或一致的)或分岔(次级断裂和主裂缝的方向是在一定的角度,这种现象并不是显而易见的,因为它小抗拉强度),和次级断裂和主断裂会收敛到新的加载的弱点,继续扩展,最终导致样品的破坏。pore-fracture的演化过程是伴随着弹性应变能量的耗散和损伤的加剧煤炭,它反映了煤的破坏过程。的结果与先前的研究结论是一致的49]。具体来说,pore-fractures的影响具有不同几何参数对故障样本的行为是不同的,这可能很难定量分析由于有限的研究方法和复杂的影响因素。如今,断裂之间的关系有一定的几何参数和故障样本的特征在特定的机械条件下主要通过数值模拟和实验研究(59,60]。

5.4。切口的失败行为的影响

缺口的存在降低了样品的有效承载面积和外部载荷下的应力特性变化,NSCB是广泛用于拉伸性能的研究。切口的深度、宽度、支持点间距,直径的比例都会影响失败行为和模式的示例。实验和数值模拟结果均表明,探测点的应力和应变值的变化与不同的参数。

6。结论

pore-fracture特性的煤高,介质破裂倾向是通过CT,并在变形和破坏过程中声发射信号的煤NSCB测试监控。pore-fracture特性之间的相关性和失败的行为高的煤和介质破裂倾向是通过实验和数值模拟研究。主要结论如下:(1)煤的失败行为与高、中破裂倾向在NSCB测试显然是不同的,和主要差异体现在主断裂位置是不固定的,首席断裂和水平线的夹角不同,扩展轨迹的主要断裂是随机的,主断裂的渗透程度并不是固定的。所有外部负载的差异是全面行动,力学性能矩阵和纯矿物,固体颗粒的空间分布和毛孔和骨折,和可用的条件可能仅仅从统计分析(2)声发射信号的特征为高的煤和介质破裂倾向在NSCB测试是不同的,基本上符合内部的损伤和破坏过程煤。煤的破坏模式是拉伸断裂的共存,剪切破坏,拉伸剪切破坏。后峰值破坏阶段的持续时间为煤高破裂倾向很短,弹性应变能耗散的相对激烈,和突变发生在声发射信号。与此同时,煤炭后峰值破坏阶段的持续时间与介质破裂倾向的增加,峰值应力下降多步后,声发射信号波动(3)NSCB测试的结果表明,外部负载是外因(主要因素)导致煤的失败,可以调整。此外,矩阵和纯矿物在煤的力学性能是内因(重要因素),不能调整。的空间分布矩阵,纯矿物,pore-fracture决定了内部损伤演化和initiation-extension二级断裂的过程,和切口的参数也会影响测试结果。煤炭的主要断裂破裂倾向高渗透迅速,通常发生失败的力量。煤炭的主要断裂与介质破裂倾向通常发生强度失败或不稳定,和轴承系统综合作用下变化的外部原因和内部原因。与不同的几何参数的影响主要pore-fractures主要裂缝的扩展和样本的故障特征仍需要进一步研究

数据可用性

使用的数据来支持研究结果可从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(52074301和52074301号),北京自然科学基金(8202041)和国家重点研究发展计划(2016 yfc0801401)。这些来源的支持是感激地承认。

引用

1. 汉族,h·陈,r .长,崔x,“峰煤在中国:一个文献综述,”资源保护和回收卷,129年,第306 - 293页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 曹w . f . Liu, j . Zhang g .曹和l .郭”当前的技术创新和发展方向的14日在中国煤炭行业五年计划时期,“中国煤炭学会杂志》上,46卷,页1 - 15,2021。视图:谷歌学术搜索
3. l .元,“矿业响应的研究进展和灾难预防和控制煤矿深处,“中国煤炭Soc Meitan学报/杂志。,46卷,第725 - 716页,2021年。视图:谷歌学术搜索
4. h·w . Wang, y, m . Liu h . Wang和w·李”处理的气体排放问题是世界上最大的煤炭生产国和消费国:寺河煤田的教训,中国,“能源报告》第六卷,第3277 - 3264页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. h·谢·高,y Ju et al .,“量化定义和深部开采的调查”,中国煤炭Soc Meitan学报/杂志。40卷,1 - 10,2015页。视图:谷歌学术搜索
6. l .元”战略思想的同时在深部开采,开采煤炭和天然气”中国煤炭Soc Meitan学报/杂志。41卷,1 - 6,2016页。视图:谷歌学术搜索
7. x丽安,h·胡、t·李和d·胡”主要地质和开采地下煤炭开采引起的地面裂缝影响因素在山西省,中国,“国际煤炭科技杂志》上,7卷,不。2、362 - 370年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. m .他“深竖井施工力学的研究进展,”中国煤炭Soc Meitan学报/杂志。,46卷,第746 - 726页,2021年。视图:谷歌学术搜索
9. 傅h·谢·m·高,c . et al .,“脆塑转变的力学行为在岩石在不同深度,“中国煤炭Soc Meitan学报/杂志。,46卷,第715 - 701页,2021年。视图:谷歌学术搜索
10. 江赵y, y, y, b。, h .歌曲,和b·刘,“煤的孔隙和裂缝特征与破裂倾向基于DIC和分形理论,“能量,13卷,不。20,5404年,页2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. m . Bednarz和d McIlroy开发Organism-sediment shale-hydrocarbon水库相交互,三维重建复杂的几何图形ichnofabric和pore-networks,”国际煤炭地质杂志》上卷,150 - 151,238 - 251年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. s . Opluštil zŠimůnek, j . Pšenička j . Bek和m . Libertin”2500万年macrofloral记录(Carboniferous-Permian)在捷克Intra-Sudetic盆地的一部分;生物地层学、植物多样性和植被模式”回顾古植物学和孢粉学卷,244年,第273 - 241页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. p .备忘录,j .锅问:妞妞,y, z . Wang和d的歌,“煤炭毛孔:方法、类型和特点,“能源和燃料,35卷,不。9日,第7484 - 7467页,2021年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. d . g . Wang韩秦x, z . Liu和j·刘,“一个全面的方法研究煤的孔隙结构和渗流特征的质量基于3 d CT重建和核磁共振,”燃料,第281卷,第118735页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. h .郭h . Tang y, k . Wang和c .徐”在地下煤层气体渗流:应用规模相当于煤炭matrix-fracture结构煤渗透率测量,”燃料,第288卷,第119641页,2021年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. 赵y, y, z . Chen s . Liu和l .元,“煤的孔隙结构特征同步加速器辐射nano-CT,”燃料卷,215年,第110 - 102页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 赵y, y太阳,刘,k . Wang和江y,“煤的孔隙结构特征核磁共振cryoporometry”,燃料卷,190年,第369 - 359页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. j·朱、张,y, j . Tang和江y,“煤孔隙特征在不同煤矿动力灾害,”阿拉伯地球科学杂志》卷。11日,1 - 10,2018页。视图:谷歌学术搜索
19. h·吴董,d . Li y黄和x气,“煤的试验研究动态弹性参数样本,”国际矿业科技杂志》上,25卷,不。3、447 - 452年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. r·彭y Ju, j·g . Wang h .谢f·高,和l .毛“能量耗散和发布期间煤炭失败在常规三轴压缩下,“岩石力学和岩石工程,48卷,不。2、509 - 526年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. l·b·聂x Liu Yang j .孟和李x”孔隙结构特征不同等级的煤炭利用气体吸附和扫描电子显微镜,”燃料卷,158年,第917 - 908页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. t . j . x Wang, k . Wang通用电气,j . Wei和w·吴”描述的形状、大小和分布的异质性,煤孔隙-骨折高排名基于x射线CT图像分析和水星入侵porosimetry,”燃料,第282卷,第118754页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. Bastola和m . Cai”调查的机械性能和裂纹扩展pre-cracked弹珠使用lattice-spring-based合成岩体(LS-SRM)建模方法,”电脑和土工技术卷。110年,28-43,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. 杜z、x张黄问:美国,和c·王,“煤孔隙和裂隙分布的调查及其对煤储层渗透率的贡献在长治,middle-southern沁水盆地,北中国,“阿拉伯地球科学杂志》,12卷,不。16日,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. b·李·r·刘、江y”多重分形模型估计的双孔隙度渗透率媒体,”《水文卷,540年,第669 - 659页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. g·l·希和b . Jha冈瓦纳煤的纳米级断裂力学”,国际煤炭地质杂志》上卷,204年,第112 - 102页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. 问:魏、李x j . Zhang et al .,“全尺寸深埋煤的孔隙结构特征及其对甲烷吸附能力的影响:一个案例研究的石河子形成从淮南煤深在淮南煤田区域,华北南部”石油科学与工程》杂志上卷,173年,第989 - 975页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. j .锅k . Wang侯,妞妞,h . Wang和z,“微孔隙和裂缝的煤通过场发射扫描电镜分析和分形理论,“燃料卷,164年,第285 - 277页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. 江z, y, y, y,李和h”实验研究加载速率的影响和围压对能源发展煤炭、”中国j . Geotech Yantu Gongcheng学报/。Eng。,38卷,第2121 - 2114页,2016年。视图:谷歌学术搜索
30. w·蔡l .窦、g . Si和y,“Fault-induced煤炭采动静态和动态压力下破裂机制,“工程,7卷,不。5,687 - 700年,2021页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. r·h . Wang, d·邓y江,g . Wang和w·龚”的特征应力演化对断层表面和煤炭破裂机制在长壁开采面临的Yima矿区,中国,“《构造地质学,第136卷,第104071页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. l .江p, p . Zhang et al .,“动态分析的潜在岩爆的长壁板相交的错,”岩石力学和岩石工程,53卷,不。4、1737 - 1754年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. t·邓w . Wang和p .詹”评价标准和索引的效率热刺激双煤渗透率,”天然气的科学与工程》杂志上,第68卷,第102899页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. t·邓j·g . Wang f·高,和y居,“复杂的热煤气交互在热注入增强煤层气复苏,”天然气的科学与工程》杂志上34卷,第1190 - 1174页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. t·邓y赵,f·高,j·g . Wang和w·王,“一个完全耦合的传热和天然气thermo-hydro-mechanical模型在热刺激增强煤层气复苏,”国际期刊的传热传质卷,125年,第875 - 866页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. t·邓y雪,c .张“建模与仿真在注热增强煤层气与实验验证非达西流动气体复苏,”石油科学与工程》杂志上卷,177年,第744 - 734页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. j .吴邦国委员长和l .严”,比较研究两种煤的抗拉强度的间接测量方法在实验室,”中国j .岩石动力机械。Eng。,23卷,第1647 - 1643页,2004年。视图:谷歌学术搜索
38. 江y赵,锣,y, c .汉“煤的抗拉强度和断裂属性特征基于半圆形的弯曲测试。Yanshilixue Yu Gongcheng学报/中国J。”岩石机械。Eng。,35卷,第1264 - 1255页,2016年。视图:谷歌学术搜索
39. y赵,锣,x, y, y江,“加载速率的影响和床上用品的动态断裂韧性煤:实验室实验,”工程断裂力学卷,178年,第391 - 375页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. f·戴·m·d·魏n . w .徐t .赵和y徐”数值调查四个ISRM——进步的断裂机制的建议标本来确定我岩石断裂韧性的模式,”电脑和土工技术卷,69年,第441 - 424页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. w·w·c .江x Liu Wang Wei,和m .段“进化的毛孔和骨折的三维可视化油藏岩石三轴应力下,“粉技术卷,378年,第592 - 585页,2021年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
42. 沈j·g . Wang,刘,c .江和x秦,“macro-pore结构的三维建模和分析的煤炭使用x射线CT成像技术和分形理论相结合,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上,第123卷,第104082页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
43. x Shi, j .锅问:侯et al .,“煤炭与煤阶宏观尺寸骨折ct机扫描和分形理论的基础上,“燃料卷,212年,第172 - 162页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
44. p .侯,x, y, j .他f·高,和j·刘,“三维多尺度重建破碎页岩裂缝形态对页岩气流量的影响,“自然资源研究,30卷,不。3、2463 - 2481年,2021页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
45. p .侯x梁,f·高,j .董j .他和y .雪,“定量可视化和气体流量的特点在3 d pore-fracture系统基于晶格玻尔兹曼的紧岩石模拟,”天然气的科学与工程》杂志上,第89卷,第103867页,2021年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
46. x x梁,p .侯,y雪,杨f·高,和j·刘,“分形的角度对储层岩石断裂起始和传播在水和氮气压裂,”分形2021年,卷。29日。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
47. s . Mazumder k·h·a·a·沃尔夫,k . Elewaut r .以法莲,“应用程序分析夹板间距的x射线计算机断层扫描和夹板孔径煤炭样本,”国际煤炭地质杂志》上,卷68,不。3 - 4、205 - 222年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
48. 李z d·刘,y Cai, p . g . Ranjith和y姚明,“多尺度的定量表征三维pore-fracture网络在沥青和无烟煤煤用FIB-SEM断层扫描和x射线Μ- ct。”燃料,卷209,利润率达到,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
49. y, r·t·阿姆斯特朗·h·l . Ramandi和p . Mostaghimi“煤炭夹板重建用微型电脑断层扫描成像,”燃料卷,181年,第299 - 286页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
50. x杨任t、l . Tan“煤的粒度分布测量使用数字成像处理碎片,“测量,第160卷,第107867页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
51. 刘t, b .姚明,y, d . Wang”灌浆破碎煤渗透率演化基于工业CT扫描”Geofluids卷。2021年,12页,2021。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
52. j·p·马修斯,问:p·坎贝尔,h . Xu和p . Halleck”回顾应用x射线计算机断层扫描研究煤炭、”燃料卷。209年,10 - 24,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
53. e·r·沈h . Li王et al .,“力学行为和AE和EMR的特点自然和饱和煤样在间接拉伸过程中,“地球物理与工程杂志》上,16卷,不。4、753 - 763年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
54. b . Liu y赵、张h .和y元,“声发射特征下的煤炭uniaxialcompression和巴西的分裂,”Caikuang yu安全Gongcheng学报/分钟。Saf Eng》杂志上。37卷,第621 - 613页,2020年。视图:谷歌学术搜索
55. y赵,h的歌,c, s . Liu l .窦和a .曹”煤炭机械各向异性与现实的考虑微观结构和外部载荷的方向,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,116年,第121 - 111页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
56. y赵,s . Liu g .赵大肠德里克,y江和j·汉,“地球物理研究杂志》:固体地球。”AGU的j .地球物理学。研究固体地球卷,120年,第1209 - 1195页,2014年。视图:谷歌学术搜索
57. z, r . Pathegama Gamage, c .张”文中对纳米压痕技术的测试应用程序技术在岩石:复习一下,”地质力学和地球物理学Geo-Energy和Geo-Resources》第六卷,没有。4、2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
58. l . j .钟z . Wang Wang j .赵w .任和h .周”深层煤炭的损伤演化特征基于CT三维重建,”中国煤炭学会杂志》上,44卷,第1494 - 1482页,2019年。视图:谷歌学术搜索
59. z . g . y . Liu, w . Wang霍,和t·孟”断裂的演化机制的结构煤在不同加载卸载率,”中国煤炭Soc Meitan学报/杂志。,45卷,第3816 - 3806页,2020年。视图:谷歌学术搜索
60. 傅y、陈x和z,“煤岩裂缝的特征基于CT扫描对失效模式及其影响,”中国煤炭Soc Meitan学报/杂志。,45卷,第578 - 568页,2020年。视图:谷歌学术搜索

版权

版权©2021余涛李等。这是一个开放分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。