震动载荷多次作用下烟煤孔裂隙结构演化特征试验研究

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 4; pp. 1882 - 1893
• Main Authors: 马衍坤, 黄勤豪, 孔祥国, 冯俊军, 殷志强, 王超
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 安徽理工大学煤矿深井开采灾害防治技术科技研发平台,安徽淮南 232001%西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054%安徽工业大学建筑工程学院,安徽马鞍山 243032 01.04.2024; 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽淮南 232001
• Subjects: energy dissipation; 损伤演化机制; 震动载荷; dam-age evolution mechanism; 孔裂隙演化; vibration load; 核磁共振(NMR); 能量耗散; pore-fissure evolution; nuclear magnetic resonance technology
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.XR23.1505

TD324; 煤层开采过程中频繁采掘扰动或远场顶板周期性破断会产生多次的震动载荷,震动载荷对于煤样微观孔裂隙结构和宏观力学行为具有重要影响.为探索震动载荷下煤样孔裂隙结构演化特征,选取烟煤煤样,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统开展了多次震动载荷冲击煤样试验,借助低场核磁共振分析仪测试了每次冲击后煤样T2谱,并通过核磁共振成像(MRI)分析了煤样孔裂隙分布及其损伤演化特征.结果表明,随着震动载荷作用次数增加,煤样峰值应力与动态弹性模量均呈现线性下降趋势,震动载荷冲击效应使得煤样承载和抵抗变形能力显著弱化,因此有必要对煤样孔裂隙演化特征展开深入分析.从T2谱和MRI信息得出,震动载荷初次作用下煤样总体孔隙体积大幅增加,其中吸附孔体积增高达5.0倍,随着震动载荷持续作用,煤样微裂隙开始连通汇聚形成宏观裂纹,使得渗流孔之间连通性大幅提高,煤样总体孔隙率达到峰值,较煤样原始孔隙率提高约6倍.在煤样受震动载荷损伤、破坏的整个过程中,渗流孔的连通性逐渐提高与改善,其分形维数呈线性下降趋势.通过核磁共振成像揭示了震动载荷对煤样孔裂隙作用机制,结果表明煤样中部区域孔隙最先发育并逐步形成微裂隙,在后续震动波反射、拉伸作用下,损伤破坏区域向两侧逐渐演变直至贯通试样.