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理，本文以砂巖和煤（包括型煤和原煤）為研究對象，利用自主研制的煤巖剪切細(xì)觀試驗裝置系統(tǒng)開展了不同試驗條件下煤巖剪切細(xì)觀開裂演化試驗研究，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研究，研究了不同試驗條

2、件下煤巖剪切細(xì)觀開裂演化模式和細(xì)觀貫通機理，不同試驗下裂紋起裂和貫通規(guī)律，以及各影響因素對細(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)上對煤巖剪切細(xì)觀開裂演化特征進行了量化分析，最后，根據(jù)前面對煤巖剪切細(xì)觀貫通機理的分析，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，利用該模型對不同試驗條件下的煤巖剪切細(xì)觀開裂分叉貫通類型進行了統(tǒng)計分析，以進一步揭示煤巖剪切破壞機理。通過本文研究，取得了以下進展：
　　1)發(fā)展了

3、煤巖剪切細(xì)觀試驗裝置，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)觀試驗裝置中的試驗腔體、加載系統(tǒng)、裂紋細(xì)觀觀測系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)，組成煤巖雙面剪切細(xì)觀試驗裝置，并與含瓦斯煤巖剪切細(xì)觀試驗裝置合稱為煤巖剪切細(xì)觀試驗裝置。
　　2)利用發(fā)展的煤巖剪切細(xì)觀試驗裝置，針對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)觀試驗研究，研究了砂巖在不

4、同試驗條件下剪切細(xì)觀開裂演化模式，分析了影響因素對砂巖剪切細(xì)觀裂紋開裂演化規(guī)律的影響，為了進一步探究砂巖剪切破壞機理，在細(xì)觀尺度上對砂巖剪切細(xì)觀貫通機理進行研究，分析了影響因素對砂巖剪切細(xì)觀貫通機理和細(xì)觀裂紋形態(tài)的影響，并對不同試驗條件下的砂巖單面剪切和雙面剪切試驗結(jié)果進行對比分析，研究了剪切形式對砂巖剪切破斷機理的影響。
　　3)利用發(fā)展的煤巖剪切細(xì)觀試驗裝置，針對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)觀試驗研究，針對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)觀試驗研究，研究了型煤和原煤在不同試驗條件下剪切細(xì)觀開裂演化模式，分析了影響因素對型煤和原煤細(xì)觀裂紋開裂演化規(guī)律的影響，為了進一步探究含瓦斯煤破壞機理，在細(xì)觀尺度上對含瓦斯型煤和原煤剪切細(xì)觀貫通機理進行研究，并分析了影響因素對貫通機理和細(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)力水平兩個量化參數(shù)，對煤巖剪切細(xì)觀開

6、裂和貫通規(guī)律實現(xiàn)了量化；研究了不同試驗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裂紋起裂與貫通規(guī)律的影響；研究了不同試驗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)在對不同試驗條件下煤巖剪切細(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)，對煤巖剪切細(xì)觀開裂演化特征進行了量化，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，研究了不同試驗條件下影響因素對量化參數(shù)的影響，分析了裂紋快速擴展相對于峰值剪應(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煤巖剪切裂紋快速擴展滯后特性的影響。
　　7)建立了煤巖剪切細(xì)觀開裂分叉貫通模型，利用該模型對不同試驗條件下的煤巖剪切細(xì)觀開裂分叉貫通類型進行了統(tǒng)計分析，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)計規(guī)律，進