WCI对煤岩力学特性劣化作用试验研究

摘要

部分井下煤柱因受到矿井水的浸泡作用和地下水升降引起的干湿循环作用，煤柱力学性质劣化，承载能力下降，进而可能出现破坏、失稳、坍塌的现象，诱发多种矿山灾害。本文在国家自然科学基金“条带煤柱渐进破坏失稳灾变机理及性能提升（编号：51474134）”和山东省自然科学基金“条带开采煤柱失稳致灾机理与安全防护（编号：ZR2013EEZ001）”资助下，在室内模拟了水和化学溶液对煤岩不同时长的浸泡和不同次数的干湿循环作用，通过岩石力学试验、微细观试验和理论分析的方法针对WCI对煤岩力学特性劣化进行了基础研究。
　　对水和化学溶液浸泡下的煤岩试样进行了单轴拉伸试验、单轴压缩试验和三轴压缩试验，归一拟合数据后发现：水和化学溶液对煤岩力学特性产生了劣化；蒸馏水浸泡作用下，煤岩单轴抗拉强度的劣化影响大于单轴抗压强度，且粘聚力明显降低；Na+和SO42-离子作用加速了煤岩力学特性的劣化；酸性溶液浸泡后的煤岩数据较离散；碱性溶液对煤岩力学特性的劣化作用总体小于蒸馏水的劣化作用。
　　对干湿循环作用下的煤岩试样进行了吸水性试验、单轴拉伸试验、单轴压缩试验和三轴压缩试验，归一拟合数据后发现：随着干湿循环次数的增加，煤岩孔隙率不断增加；煤岩抗拉强度、单轴抗压强度和弹性模量均出现劣化，而且其力学性质劣化程度远大于水和化学溶液浸泡对煤岩的劣化影响。
　　采用SEM和XRD对煤岩微细观结构进行了研究，发现干湿循环作用下，煤岩内部裂隙、孔隙和断口处碎屑不断增加的现象，进而提出了干湿循环作用引起粘土矿物胀缩导致煤岩疲劳累积的劣化机理，并且对煤岩数据离散性问题进行了探讨，提出了分块分组、归一化处理和增加煤样来减小试验数据离散的方法。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的提出和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与研究路线

2 浸泡作用下煤岩力学特性劣化试验

2.1 煤岩浸泡试验

2.2 浸泡作用下煤岩单轴拉伸试验

2.3 浸泡作用下煤岩单轴压缩试验

2.4 浸泡作用下煤岩三轴压缩试验

2.5 化学溶液浸泡作用下煤岩单轴压缩试验

2.6 本章小结

3 干湿循环作用下煤岩力学特性劣化试验

3.1 煤岩干湿循环试验

3.2 干湿循环作用下煤岩吸水性试验

3.3 干湿循环作用下煤岩单轴拉伸试验

3.4 干湿循环作用下煤岩单轴压缩试验

3.5 干湿循环作用下煤岩三轴压缩试验

3.6 本章小节

4 水-煤作用下煤岩微细观结构变化规律试验研究

4.1 煤岩微细观结构试验

4.2 干湿循环作用下煤岩微细观结构变化规律

4.3 本章小结

5 水-煤作用机理研究

5.1 干湿循环作用下煤岩劣化机理

5.2 关于煤岩数据离散性探讨

5.3 本章小结

6 结论及展望

6.1 主要结论

6.2 论文创新点

6.3 论文不足及展望

致谢

攻读硕士学位期间主要科研及成果

参考文献