煤巖剪切細(xì)觀開裂演化及其特征量化研究.pdf

1、剪切破壞是煤巖破壞的基本形式之一。為深入探究煤巖剪切破壞機(jī)理，本文以砂巖和煤（包括型煤和原煤）為研究對(duì)象，利用自主研制的煤巖剪切細(xì)觀試驗(yàn)裝置系統(tǒng)開展了不同試驗(yàn)條件下煤巖剪切細(xì)觀開裂演化試驗(yàn)研究，主要包括不同飽水系數(shù)、不同加載速率和不同法向應(yīng)力條件下的砂巖單面剪切和雙面剪切試驗(yàn)研究，不同粘結(jié)劑含量、不同成型壓力和不同粒徑范圍的型煤單面剪試驗(yàn)研究，以及不同法向應(yīng)力、不同瓦斯壓力和不同原生裂紋傾角條件下的原煤單面剪切試驗(yàn)研究，研究了不同試驗(yàn)條

2、件下煤巖剪切細(xì)觀開裂演化模式和細(xì)觀貫通機(jī)理，不同試驗(yàn)下裂紋起裂和貫通規(guī)律，以及各影響因素對(duì)細(xì)觀開裂和細(xì)觀裂紋形態(tài)特征的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上對(duì)煤巖剪切細(xì)觀開裂演化特征進(jìn)行了量化分析，最后，根據(jù)前面對(duì)煤巖剪切細(xì)觀貫通機(jī)理的分析，結(jié)合巖石斷裂力學(xué)相關(guān)理論，建立了煤巖剪切細(xì)觀開裂分叉貫通模型，利用該模型對(duì)不同試驗(yàn)條件下的煤巖剪切細(xì)觀開裂分叉貫通類型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，以進(jìn)一步揭示煤巖剪切破壞機(jī)理。通過本文研究，取得了以下進(jìn)展：
　　1)發(fā)展了

3、煤巖剪切細(xì)觀試驗(yàn)裝置，在重慶大學(xué)自主研制的含瓦斯煤巖剪切細(xì)觀試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上自主研制了一套煤巖雙面剪切試件夾具，利用含瓦斯煤巖剪切細(xì)觀試驗(yàn)裝置中的試驗(yàn)腔體、加載系統(tǒng)、裂紋細(xì)觀觀測(cè)系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)，組成煤巖雙面剪切細(xì)觀試驗(yàn)裝置，并與含瓦斯煤巖剪切細(xì)觀試驗(yàn)裝置合稱為煤巖剪切細(xì)觀試驗(yàn)裝置。
　　2)利用發(fā)展的煤巖剪切細(xì)觀試驗(yàn)裝置，針對(duì)砂巖開展了不同飽水系數(shù)、不同加載速率和不同法向應(yīng)力條件下的單面剪切和雙面剪切細(xì)觀試驗(yàn)研究，研究了砂巖在不

4、同試驗(yàn)條件下剪切細(xì)觀開裂演化模式，分析了影響因素對(duì)砂巖剪切細(xì)觀裂紋開裂演化規(guī)律的影響，為了進(jìn)一步探究砂巖剪切破壞機(jī)理，在細(xì)觀尺度上對(duì)砂巖剪切細(xì)觀貫通機(jī)理進(jìn)行研究，分析了影響因素對(duì)砂巖剪切細(xì)觀貫通機(jī)理和細(xì)觀裂紋形態(tài)的影響，并對(duì)不同試驗(yàn)條件下的砂巖單面剪切和雙面剪切試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，研究了剪切形式對(duì)砂巖剪切破斷機(jī)理的影響。
　　3)利用發(fā)展的煤巖剪切細(xì)觀試驗(yàn)裝置，針對(duì)型煤開展了不同粘結(jié)劑含量、不同成型壓力和不同粒徑條件下的含瓦斯煤

5、單面剪切細(xì)觀試驗(yàn)研究，針對(duì)原煤開展了不同法向應(yīng)力、不同瓦斯壓力和不同原生裂紋傾角條件下的含瓦斯煤單面剪切細(xì)觀試驗(yàn)研究，研究了型煤和原煤在不同試驗(yàn)條件下剪切細(xì)觀開裂演化模式，分析了影響因素對(duì)型煤和原煤細(xì)觀裂紋開裂演化規(guī)律的影響，為了進(jìn)一步探究含瓦斯煤破壞機(jī)理，在細(xì)觀尺度上對(duì)含瓦斯型煤和原煤剪切細(xì)觀貫通機(jī)理進(jìn)行研究，并分析了影響因素對(duì)貫通機(jī)理和細(xì)觀裂紋形態(tài)的影響。
　　4)提出了起裂應(yīng)力水平和貫通應(yīng)力水平兩個(gè)量化參數(shù)，對(duì)煤巖剪切細(xì)觀開

6、裂和貫通規(guī)律實(shí)現(xiàn)了量化；研究了不同試驗(yàn)條件下砂巖單面剪切和雙面剪切裂紋起裂與貫通規(guī)律，探討了不同剪切形式對(duì)裂紋起裂與貫通規(guī)律的影響；研究了不同試驗(yàn)條件下含瓦斯型煤和原煤單面剪切裂紋起裂與貫通規(guī)律。
　　5)在對(duì)不同試驗(yàn)條件下煤巖剪切細(xì)觀開裂演化規(guī)律分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了剪切荷載作用下砂巖和型煤一般的細(xì)觀開裂演化模式。
　　6)提出了煤巖剪切細(xì)觀開裂演化特征量化參數(shù)，對(duì)煤巖剪切細(xì)觀開裂演化特征進(jìn)行了量化，建立了煤巖剪切裂紋

7、演化特征量化參數(shù)與剪應(yīng)力和聲發(fā)射特之間的量化關(guān)系，研究了不同試驗(yàn)條件下影響因素對(duì)量化參數(shù)的影響，分析了裂紋快速擴(kuò)展相對(duì)于峰值剪應(yīng)力和峰值聲發(fā)射率的滯后特性，并分析了不同影響因素對(duì)煤巖剪切裂紋快速擴(kuò)展滯后特性的影響。
　　7)建立了煤巖剪切細(xì)觀開裂分叉貫通模型，利用該模型對(duì)不同試驗(yàn)條件下的煤巖剪切細(xì)觀開裂分叉貫通類型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，研究了分叉貫通數(shù)目、分叉貫通類型、主裂紋貫通分叉數(shù)目、張拉型分叉貫通數(shù)目與各影響因素之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，進(jìn)