文摘

进一步完善减压措施的合理性,减压措施从实验室规模工程规模。本文静态负载是适用于单轴压缩和装载煤炭的能源演化过程的不同样本比较使用减压室内规模。试验结果表明,注水的压力释放状态能够满足条件,减少整个煤炭样品的影响趋势。此外,试图分析的原因很难准确预测煤巷道岩爆的形成的分析手段。由于煤的特殊结构,它可以发现自然和饱和条件能满足条件的注水压力释放,而在干燥状态,无法满足的条件;也就是灾难的前兆信号不能准确地捡起,最后,煤样的失败不能准确预测。然而,实验室规模,自然煤炭样品的吸附空气中的抽样后,地下工作面附近和煤机构倾向于较低含水量由于孔隙和裂缝的发展和自重的采矿扰动的影响。本文的研究提供了理论支持,随后的卸压参数,测定和相关研究的结论具有重要意义。

1。介绍

根据权威预测,在未来,在相当一段时间内,煤炭资源在中国的能源消费结构仍占据极其重要的地位(1]。深部开采的煤炭资源在中国,频繁动态灾害严重限制了煤炭安全开采和稳定供应(2- - - - - -3),其中岩石破裂是最突出的4- - - - - -5]。国内外学者进行了广泛的研究来解决这个全球问题,主要集中在以下三个方面(6- - - - - -9]:首先,同时提高当前的岩爆机制,新的理论仍深深挖掘尝试可靠地描述岩爆的形成机理和反演整个过程的特点岩爆孕育。其次,考虑到岩爆的形成和高压力的浓度有着必然的联系,通过研究围岩的稳定性在不同减压措施和通过各种常用的监测设备来评估各种减压措施。第三,煤岩样品的失败是一个高度非线性的过程,和一个评价指标往往是无法有效地转化整个破坏过程。这势必需要大数据等方法,云矿业和人工智能。同时,可靠的怀孕灾难前兆信号损伤识别主要集中在收集多个物理量,它提供了怀孕的灾难信号的进一步研究的基础。成熟的应用理论到实际的地下工程规模也为现场灾害预防和预测提供了强有力的证据。然而,岩爆涉及许多因素及其机制是复杂的。(10- - - - - -11]。它带来前所未有的挑战,深部矿产资源开采和地下工程维护,需要进一步的研究。

岩爆的本质是能量的微分分布引起的采矿扰动和动态调整的必然结果在量变的过程12- - - - - -13]。现有的能源启动理论显示(14- - - - - -17],岩爆的形成往往是高度相关的,动静结合。结合实际的工作条件,它可以分为静态load-oriented和动态load-oriented。岩爆的能量启动类型由静态负载如下:煤工作面附近的应力高度集中和达到临界稳定值。在这个时候,一个轻微的扰动可以诱发岩爆。岩爆的能量启动类型由动态加载显示如下:煤工作面附近正常地应力支持区域。在这个时候,一个大动态负载是必要的,通常对应于坚硬顶板断裂。根据上述两种类型的岩爆能量启动,有针对性的提出了岩爆的预防措施,有效指导减压措施项目。

考虑到所有岩爆的发生条件的参与静态负载,澄清静载荷的因素,首先,本文运用静载荷通过单轴压缩和能量演化过程揭示了不同煤样在不同注水软化和卸压条件,并试图分析原因,很难预测煤巷道岩爆的分析方法。随后它提供了一个基础的合理设置减压措施和岩石破裂的最终预防。

2。实验方案

现有的理论和实践研究证明,注水,爆破,大口径减压能有效释放围岩的应力集中,并进一步将其传输到深(18- - - - - -21]。上述不同的措施优化不断练习的过程中,并取得了一定的理论结果。现在,中国形成了更为系统的岩爆的预防措施;岩爆的预防起到了至关重要的作用。然而,许多分析方法缺乏一个强有力的理论基础,煤矿通常更依赖于经验来确定具体实现参数在野外实习的过程中(22- - - - - -25]。

2.1。煤的描述和制备样品

这个实验中使用的煤炭样本的抽样地点都从Maiduoshan煤矿。根据ISRM测试标准,我们处理 广场煤炭样本。煤样的表面是光滑的,没有明显的裂缝,并削减煤炭样本用细砂纸打磨抛光,确保两端是平行的。

2.1.1。注水压力释放(不同的水分含量)

模拟注水压力释放的实际工作条件,煤样品用不同的含水量是人为地设置在实验室通过改变浸泡时间。根据不同浸泡时间、煤样品在干燥状态,自然状态和饱和状态准备。样品数量和不同含水量状态如表所示1。

2.2。实验设备和方法

这个实验选择一个rmt - 150 b岩石力学实验机提供静载荷。测量轴向应变的应变仪连接到DH3823分布式信号测试与分析系统。转化的整个破坏过程加载煤样本,声发射仪器也被用在这个实验中收集整个加载过程的声发射信号的实时煤样。为方便分析,所有设备在这个实验中需要确保时间同步。确保宁静突然被打破,岩石样本岩石样本稳定通过控制压力在这个实验中,加载,加载速率常数为0.2 kN / s。

试验机主要由四个部分组成:主机,液压源,直接转矩控制器,计算机数据处理系统,等。试验机采用电液伺服控制系统,和驱动程序是一个motor-hydraulic pump-servo valve-main缸piston-polished杆/试验台/压缩设备。试验机可测试岩石力学的基本参数,如压缩、分割、剪切、和弯曲(三点弯曲)的岩石、煤、和混凝土。相应的曲线的应力、位移、变形和时间可以实时记录。

3所示。煤样力学性能的轴承水下注入软化

3.1。煤的力学参数样本不同注水软化状态

在这个实验中,进行了单轴压缩试验煤样在不同注水软化减压措施。作者处理和计算力学参数,如表所示2。

3.2。应力-应变曲线的煤样品用不同的注水软化状态

掌握的区别不同的注水软化减压措施,本文以以下步骤。首先,典型的轴承的应力-应变曲线分析了煤样在自然条件下(图1)。其次,基于实际工程背景,典型的应力-应变曲线轴承煤样品之前和之后的实现不同注水软化和减压措施进行了比较和分析。

3.2.1之上。典型的自然状态

煤的单轴压缩应力-应变曲线测试样品在相同状态具有良好的自相似性。煤样分析的加载过程经历了五个阶段:初始压实阶段,弹性变形阶段,塑性变形阶段,失败屈服破坏阶段和后期阶段。

3.2.2。注水软化减压

图1是煤炭样品的应力-应变曲线在不同注水软化和减压(含水量变化)。prepeak应力-应变曲线的试验结果表明,煤样在不同注水软化控制条件下有很好的相似性,而特征参数变化。具体来说,线性部分的斜率在峰值降低,峰后应力-应变曲线也不同。postpeak应变区间的范围与含水量呈正相关。图1从张复制(26]。

当煤样的平均含水率是0,2.64%和5.14%,分别平均峰值强度为34.72 MPa, 21.33 MPa,分别和19.16 MPa。平均应变峰值为0.03618、0.02531和0.02791,分别。平均弹性模量是4.25的绩点,平均绩点1.81,和1.09的绩点,分别。相比之下,完全干燥的岩石样本,平均峰值强度下降了28.7%和34.4%,分别。平均应变峰值下降了21.5%和19.0%,分别;的平均弹性模量下降了53.7%和67.9%,分别。

对比测试结果,可以看出,随着含水量的增加,煤样的峰值强度降低,峰值应变降低,弹性模量降低。然而,减少与含水量的增加幅度显著下降。

4所示。失败的反演过程煤样品轴承减压措施基于能量指数

广泛共识的基础上能量的释放,引起的岩爆能量原则通常被用来分析轴承岩石的能量演化规律。简单地通过能量的计算理论,有一定的统一(24]。摘要轴承的失效过程煤样品倒生的“真正的能量”指数的声发射失败的整个过程。最后共同验证可以说明反演的可行性装载的煤炭样品的破裂过程的减压措施基于能量指数。

4.1。能量定理

带标准岩石的单轴压缩试验样品为例。假设没有在整个生产过程中热量交换;所做的功,压缩负载吸收的岩石样本岩石样品本身,和总吸收应变来标示 。此外,能量储存岩石样本的性质也被许多学者通过实验验证。因此,大多数的能量存储在一个可发布的弹性应变能 。剩余的一小部分能量消散的形式耗散应变能 ,和变形产生的损害轴承在宏观的岩石样本。它的表达式是

吸收的总应变能量轴承岩石样本可以表示为

根据胡克定律,

的公式,和主应力和应变值;和相对应的主应力和应变吗国家曲线;是数据点;数据点的总数;弹性应变值;和E₀是初始弹性模量。

4.2。能量分布特性的煤样在不同注水软化减压措施

在这个实验中,进行了单轴压缩试验煤样在不同注水软化和减压条件下,能量演变规律进行了分析。首先,煤的能量分布特征样本自然完好状态。此外,比较不同的注水软化机制之间的差异,分析了不同注水软化的减压措施。

4.2.1。准备典型的自然完整状态

图2显示了压力之间的关系、能源和自然煤样单轴条件下的应变。轴承煤样的加载过程经历了五个阶段:初始压实阶段(OA),弹性变形阶段(AB),塑性变形阶段(BC),产生破坏阶段(CD)和晚期破坏阶段(DE)。

4.2.2。注水软化减压

图3显示了压力之间的关系、能源和应变的煤样单轴干燥和饱和条件下,总结了进化曲线在不同条件下的能量。

与典型的自然状态曲线相比,能量也显示组件的岩石样本不同的水分含量相应的应力-应变曲线的变化在不同的阶段(初始压实阶段(OA),弹性变形阶段(AB),塑性变形阶段(BC),产生破坏阶段(CD)和晚期破坏阶段(DE))。能量耗散曲线的构成的岩石样本干燥状态本质上是不同于自然和饱和状态:能量耗散密度曲线上升在干燥状态。在自然和饱和条件下,耗散能量密度曲线显示一个明显的或概率下降的趋势,然后增加。

4.3。反演的能源煤样在不同的声发射参数注水软化的措施

由于空间有限,本文只分析了“真正的能量”的破坏过程声发射参数反演的煤样水下注入压力释放。图4是“真正的能量”声发射的进化图煤样品在干燥状态下,自然状态和饱和状态。

从上面的图片,可以看出,水的存在会导致“真正的能量”参数明显滞后。由于煤样的特殊结构,水的影响煤炭样本影响初始,中间,和后期阶段的加载和贯穿整个过程。

4.4。差异分析的能量演化的煤样在不同注水软化的措施

在本节中,根据煤的能量分布特征样本在不同注水软化和卸压措施和“真正的能量”声发射参数的反演的煤样在同样的状态,能量演化的不同煤样在不同注水软化和减压措施全面分析。

在干燥状态下,由于自然pore-fracture dual-development煤炭样品的结构,整个单轴加载过程发生在不同尺度(大,中,小)pore-fracture关闭,启动,和扩张,伴随着煤炭的解体和弹射的小块样品。当加载应力水平较低阶段,pore-fracture关闭主要发生(对应于初始压实阶段)。加载压力的不断增加,启动和扩大中等pores-cracks占主导地位(对应的弹性变形阶段和塑性变形阶段)。偶尔有小气孔和裂缝封闭在塑性变形阶段,对应的应力曲线microadjustment时间。达到屈服点后,由于极高的加载压力、孔隙和裂隙在不同尺度上在前面的序列快速扩张,完整的煤炭矩阵快速加载和毁灭,和耗散的能量在短时间内迅速增加(对应于屈服破坏阶段)。在达到峰值强度点,大规模的裂缝直接穿透,加载应力迅速下降,形成tensile-shear混合故障模式,测试结束(对应于失败的后期)。

在水饱和状态,很容易进入自然初始煤炭样品的内部结构,形成一个water-pore-fracture耦合介质。水是在许多大中型pores-fractures和进一步耦合为一个特定的结构,它占据了主导地位。仍然有一些pores-fractures独自在不同的尺度上。在这种状态下,关闭、启动和扩张的毛孔和裂缝在不同尺度仍然发生在单轴加载的整个过程。然而,由于水的参与,它显示了特殊的属性和偶尔的崩溃和弹射小块煤炭样本。当加载应力水平较低的阶段,由于water-pore-fracture耦合介质,与此同时,由于水不可压缩,只有一部分的macropore-fracture关闭主要发生(对应于初始压实阶段);加载压力的不断增加,water-pore-fracture耦合介质和完整的煤炭矩阵形成一个相对稳定的弹性体,其特点是稳定的缓慢增加存储弹性应变能和耗散应变能(对应于弹性变形阶段)。当加载应力达到更高的应力水平,pore-fracture显示了一定的刚度和的水可以存储更多的弹性应变能。另一方面,通过增加孔隙水压力和高应力转移到完整的煤炭矩阵,耗散应变能继续减少(对应于塑性变形阶段)。达到屈服点后,存在高加载应力和孔隙水压力和水的润滑煤炭矩阵大大促进毛孔的快速扩张和骨折。 The phenomenon of rapid rebound and rise of dissipative strain energy in a short time (corresponding to the yield failure stage) occurs. After reaching the peak strength point, larger cracks run through directly. At this time, the loading stress drops rapidly, forming a tensile-shear mixed failure mode, and the test ends (corresponding to the later stage of failure).

5。冲击倾向的分析不同的煤样在不同注水软化措施和故障前兆识别的故障原因

5.1。差异分析的能量演化的煤样在不同注水软化的措施

基于现有的煤炭冲击倾向的标准样本,煤的冲击不同样品在不同注水软化的措施进行了分析。标准要求的标准形状。摘要广场使用样品,不能根据指数的相关性分析。然而,根据这四个指标的增加或减少的趋势,冲击的结果趋势是全面评估。表3列出了煤样在不同条件下的冲击指标。

从最终影响结果(表3),注水压力释放状态可以满足条件,减少了整个煤炭样品的影响趋势。这符合预防岩爆的概念。

5.2。可信度分析失败的前兆歧视

整个注水压力释放符合预防岩爆的概念,可以有效地削弱煤样品的影响趋势。然而,岩爆的影响趋势只是一个指标,和其他影响因素也很重要。因此,我们需要准确地识别特征参数在怀孕的过程中灾难信号从预测的角度。

可以看出变化趋势的应力-应变全过程的精确计算屈服破坏阶段的必要条件是准确预测轴承的失败煤样品在实验室的规模。其他国内学者研究的整个过程能量的曲线演化的大量的岩石和获得更一致的判别条件。耗散应变能稳定波动范围或快速下降,这意味着岩石进入破坏阶段。产量的准确预警阶段可以尝试通过识别其他敏感参数信号在这一地区。

煤具有特殊的结构。我们发现自然煤样品和饱和煤样水下喷射压力释放满足预测的条件。干煤样品不符合预测条件;也就是说,它不能准确地拾取怀孕的前兆信号,所以它无法准确预测煤样损害。天然煤样品在实验室范围内后在空气中吸附采样。由于自重或采矿扰动的影响,煤炭pore-fracture深工作面附近往往水分含量较低,所以很难预测和预防,这有很大的影响,合理注水压力释放的控制参数。

6。结论

摘要轴承的能量演化过程的不同煤样在不同注水软化和减压条件通过单轴压缩实验显示。此外,它试图分析的原因很难准确预测煤炭巷道岩爆的发生与研究方法。这提供了一种理论依据后续科学合理的减压措施和参数,最终达到防止岩石破裂的目的。主要结论如下:(1)注水软化可以显著影响煤样的力学参数。与完全干燥煤样相比,今年的平均含水量煤样品是0,2.64%和5.14%,平均峰值强度下降了28.7%和34.4%,分别。平均应变峰值下降了21.5%和19.0%,分别。的平均弹性模量下降了53.7%和67.9%,分别(2)整个过程应力-应变曲线的煤样在不同注水软化措施也经历了初始压实阶段,弹性变形阶段,塑性变形阶段,失败屈服破坏阶段和后期阶段。摘要轴承的失效过程煤样品倒生的“真正的能量”指数的整个过程的声发射失败,形成相互支持的理论基础。这表明不同轴承的破坏过程反演的可行性煤炭样品的基础上“真正的能量”指数(3)煤具有特殊的结构。我们发现自然和饱和注水软化卸煤样品能满足故障预测的条件。注水压力释放煤样品在干燥条件下不满意;也就是说,它不能准确地拾取怀孕的前兆信号灾难和准确预测煤的失败样本。煤的自然状态样品在实验室规模后的状态采样和吸附空气中,而煤炭矿井深部工作面附近的通常是在低含水量由于孔隙和裂缝的发展,受到重力或采矿扰动的影响。因此,岩爆的预测和预防是困难的,有很大的影响在合理的注水压力释放控制参数

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

无利益冲突存在于提交的手稿。

作者的贡献

批准所有作者出版的手稿。

确认

支持的研究基本的陕西省自然科学基金研究项目(没有。s2019 - jc - lh - qy - sm - 0102),中国国家自然科学基金(51904227),和陕西的主要研究和开发项目(2018号zdxm - sf - 018)。这些机构的支持。