煤体破裂度演化规律的细观力学描述研究

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为了深入研究煤体的破裂规律及现象,本篇文章通过对谢一矿原煤进行研究分析,运用理论分析、实验室实验以及数值模拟等相结合的方式分析煤的破裂程度变化规律。对原煤试件进行单轴压缩实验,分析多组原煤试件在单轴压缩的不同阶段的力学特征,得出相似的破坏规律,按照此规律将原煤的破坏过程分成四个阶段。接着,原煤试件声发射振铃计数变化和其应力时间变化图像基本反映了其内部破裂程度的变化。从声发射的能量特性图上可以看出其图形的变化趋势与煤体的应力时间图像保持着基本吻合。经过分析可以得到煤体的内部的破裂程度从压密阶段的微小到弹性阶段的稳定而又缓慢的增大,然后再到塑性阶段的剧烈增加,以及到最后破坏阶段的最大。并用RFPA数值模拟得到了验证。对原煤试件表面进行数字散斑相关法的相关处理,通过综合分析原煤试件表面位移场在与之对应的原煤试件不同破坏阶段的变化趋势,其破裂程度从压密阶段的微小到弹性阶段的稳定而又缓慢的增大,然后再到塑性阶段的缓慢的增大,以及到最后破坏阶段的最大。对应相同阶段煤体的内部和表面的破裂程度的变化情况,得到煤体在声发射的快速增长阶段的后期发生外部破裂。研究原煤的破裂度的演化规律对井下煤体破坏有着重要的意义。综合煤体内部破裂程度和外部破裂程度,得到煤体在声发射现象的具体阶段发生破裂,可以运用声发射检测技术对井下进行实时监测,防止煤体突然破裂带来的危害,尤其对井下的相关动力灾害防治有着及其重要的研究价值。
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