煤巖強(qiáng)度與變形特征實(shí)驗(yàn)研究及其在條帶煤柱設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf

1、本文在MTS巖石伺服試驗(yàn)系統(tǒng)上針對(duì)建新礦13煤進(jìn)行了單軸壓縮、常規(guī)三軸壓縮、流變?cè)囼?yàn)研究。通過單軸壓縮試驗(yàn)，測(cè)得了單軸壓縮下的力學(xué)參數(shù)，研究表明其在單軸壓縮時(shí)的峰值強(qiáng)度階段的應(yīng)力－應(yīng)變曲線相對(duì)平穩(wěn)，在壓力峰值持續(xù)高應(yīng)力一段時(shí)間后，煤巖試件迅速破壞；尺寸效應(yīng)可表示為σc=6.928+130.2698exp(-0.10595D)，圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度比長(zhǎng)方體標(biāo)準(zhǔn)試件的強(qiáng)度大。通過常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)，分析了在靜水壓力增加過程中煤巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)先失穩(wěn)隨

2、后穩(wěn)定的特征；研究表明三軸壓縮下的應(yīng)力應(yīng)變曲線的壓密階段不是十分明顯，甚至消失；隨圍壓增大，煤巖逐漸向剪切破壞方式轉(zhuǎn)化，但建新礦13煤的脆延性轉(zhuǎn)變臨界圍壓值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其單軸抗壓強(qiáng)度；建新礦13煤的彈性模量與圍壓的關(guān)系可以用E=4955.984-3589.106exp(-σ3/1.923)來表達(dá)；圍壓對(duì)煤巖強(qiáng)度影響非常明顯，隨著圍壓的增加，煤巖的軸向破壞應(yīng)力及破壞后的殘余強(qiáng)度也隨之增加；根據(jù)庫侖準(zhǔn)則，建新礦13煤在較低圍壓下最大主應(yīng)力差與

3、圍壓的關(guān)系為：σ1-σ3=9.71005+12.4716σ3。通過流變?cè)囼?yàn)，研究了建新礦13煤的流變力學(xué)特性；研究表明煤巖整體以塑性破壞且存在破壞的空間不均勻性，在較高的應(yīng)力水平上，試件發(fā)生兩類微破裂：第一類是煤巖內(nèi)的部分微結(jié)構(gòu)達(dá)到了變形極限，試件的應(yīng)變變小而應(yīng)力變大，隨后這些微結(jié)構(gòu)破壞，第二類是煤巖內(nèi)部的部分微結(jié)構(gòu)在常速變形中達(dá)到極限，應(yīng)變減小、應(yīng)力也同時(shí)減小的忽然破壞；流變模型用四次多項(xiàng)式經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅硎荆害?t)=0.00551+(2

4、.033E-5)*t-(9.754E-8)*t2-(1.578E-9)*t3+(1.417E-11)*t4?；谝延欣碚摵驮囼?yàn)研究結(jié)果，分析了建新礦13煤的煤柱體長(zhǎng)期強(qiáng)度為2.7088MPa，符合庫侖－莫爾物理模型。結(jié)合試驗(yàn)研究結(jié)果，通過采用FLAC3D拉格朗日差分軟件對(duì)煤柱穩(wěn)定性進(jìn)行模擬研究，對(duì)建新礦13煤條帶開采進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，認(rèn)為在建新礦的地質(zhì)情況下，開采13煤時(shí)選擇25m的采寬和20m的留寬，可以保持煤柱的長(zhǎng)期穩(wěn)定有效性。