煤巖強度、變形及微震特征的基礎(chǔ)試驗研究.pdf

1、采用MTS815.03電液伺服巖石試驗系統(tǒng)進行了大量煤樣單軸壓縮、三軸壓縮、循環(huán)荷載及全應(yīng)力應(yīng)變過程的滲透性試驗，同時進行了煤樣壓縮破壞過程的聲發(fā)射試驗及煤礦井下采場覆巖破裂失穩(wěn)的微地震監(jiān)測，對煤巖強度、變形及微震特征進行了較系統(tǒng)的分析研究。
　　通過掃描電鏡測試和力學(xué)性質(zhì)試驗分析，發(fā)現(xiàn)煤在力學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)為明顯的不連續(xù)性、各向異性和非均質(zhì)性特征，煤巖原生損傷變量對強度和變形影響很大。大量煤樣超聲波速度和相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)測試表明，煤樣

2、強度與其縱波速度間呈現(xiàn)置信度很高的指數(shù)函數(shù)相關(guān)關(guān)系，為進行強度等對比性試驗前合理選擇煤樣以避免盲目試驗提供了依據(jù)。
　　煤巖的聲發(fā)射特征能較好地描述其變形和損傷演化特性。由于原生損傷發(fā)育，在圍壓作用下，煤巖孔隙裂隙被壓密閉合，剛度增加，彈性模量與圍壓之間符合二次多項式關(guān)系。根據(jù)試驗結(jié)果及模型簡化擬合得出了常規(guī)三軸壓縮條件下煤巖的分段本構(gòu)方程。煤巖三軸壓縮破壞符合Coulomb強度準則，但由于其內(nèi)部存在大量微裂隙，煤樣沿隨機裂隙剪切

3、破壞偏離θ0=45°+φ/2的可能性很大。同堅硬致密的巖石相比，循環(huán)荷載作用下煤巖更容易發(fā)生疲勞破壞，煤巖疲勞破壞“門檻值”與其結(jié)構(gòu)和組分等有關(guān)，其變形破壞過程與其損傷累計發(fā)展過程一致。煤巖滲透率-應(yīng)變與其相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線總體趨勢基本一致，但表現(xiàn)相對“滯后”，表明滲透率的變化與其損傷演化過程密切相關(guān)，同時煤體通過其內(nèi)部裂隙的滲透需要一定的時間過程。根據(jù)試驗結(jié)果擬合得出了煤巖滲透率-應(yīng)變關(guān)系分段曲線方程。
　　通過聲發(fā)射參數(shù)時間

4、序列的最大Lyapunov指數(shù)計算，證實采用聲發(fā)射參數(shù)描述的煤、巖壓縮破裂演化系統(tǒng)的未來變化趨勢不是完全呈現(xiàn)依賴于初值的混沌狀態(tài)，是可以預(yù)報的。通過小波系數(shù)分解，發(fā)現(xiàn)可以采用不同尺度上聲發(fā)射參數(shù)最先出現(xiàn)的Lipschitz指數(shù)α負值所對應(yīng)的時間作為煤、巖壓縮破裂預(yù)報時間。通過對采場覆巖破壞微震事件的定位分析，證實微地震發(fā)展演化與采場覆巖運動密切相關(guān)。根據(jù)巖體失穩(wěn)前微震事件頻數(shù)、能量、距離的一到四階差分的變化規(guī)律，能夠較準確地預(yù)報巖體破裂