【摘 要】
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为研究矿井煤体失稳破坏的力学机制,探究煤体开采过程中的煤壁失稳破坏等动力学问题,以陕西榆林某煤矿的原煤为例,利用φ50 mm SHPB试验装置,对硬煤试样分别进行冲击压缩试验和冲击劈裂试验,并结合高速摄像仪,分析硬煤的动态力学性能和破碎形态。冲击压缩试验结果表明:随着冲击速度的增大,硬煤试样的峰值应力、峰值应变均呈现增大趋势。动围压下硬煤试样的动态弹性模量是径向自由时的1.42倍;试样的单轴抗压强
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为研究矿井煤体失稳破坏的力学机制,探究煤体开采过程中的煤壁失稳破坏等动力学问题,以陕西榆林某煤矿的原煤为例,利用φ50 mm SHPB试验装置,对硬煤试样分别进行冲击压缩试验和冲击劈裂试验,并结合高速摄像仪,分析硬煤的动态力学性能和破碎形态。冲击压缩试验结果表明:随着冲击速度的增大,硬煤试样的峰值应力、峰值应变均呈现增大趋势。动围压下硬煤试样的动态弹性模量是径向自由时的1.42倍;试样的单轴抗压强度在11.121～112.651 MPa,是径向自由下的1.2～5.4倍;试样的峰值应变在0.012～0.035,是径向自由下的1.18～1.2倍。被动围压应力随着轴向应力的增大总体呈增长趋势,但在曲线上升阶段有明显的波动现象。最大被动围压应力值与冲击速度呈幂函数关系。入射能、反射能、吸收能与冲击速度线性相关,透射能总体呈先增大后减小的趋势,吸收能仅占入射能的15%～20%,能量耗散率随冲击速度的增大存在一定的波动性。威布尔分布可以很好的描述硬煤试样冲击破碎粒度分布的特性,破碎程度参数d0 随冲击速度的增大呈幂次函数下降,破碎特征指数m0随冲击速度的增大呈波动性变化。冲击劈裂试验结果表明:冲击速度从2.4 m/s→3.4 m/s→4.3 m/s→5.4 m/s,硬煤试样动态抗拉强度约是静态抗拉强度的0.95倍→1.65倍→2.24倍→2.59倍。硬煤试样动态抗拉强度随着冲击速度的增加而增大,增大幅度分别约为73.7%→35.4%→15.8%,增大幅度明显变缓。冲击速度在2.307～2.570 m/s和4.247～4.370 m/s时,峰值应力和应变率较为集中,变化幅度很小;冲击速度在3.106～3.772 m/s时,峰值应力和应变率会随冲击速度的增加而线性增大,增幅稳定;冲击速度大于5.0 m/s时,峰值应力和应变率的增幅量先减小后增大,有一定的离散性。基于高速摄像机观察煤冲击加载全程的裂纹扩展情况:试样最终的破碎形态与层理面有直接的关系,当层理面平行或者垂直入射方向时,试样破坏形式为沿入射方向的拉伸劈裂;当层理面与入射方向呈一定的角度时,除沿入射方向的拉伸劈裂外,沿层理裂纹方向的剪切破坏同时发生,并且由于受层理面影响,裂缝的扩展路径并不光滑。图[44]表[9]参[74]
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