【摘 要】
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煤与瓦斯突出等动力灾害严重制约了矿井的安全生产,不同类型煤颗粒在加载破碎特征反应了煤体结构、力学特性以及能量存储行为对煤与瓦斯突出灾害研究具有重要的意义,但目前缺少煤颗粒的破碎特性研究.研究选取了原煤和构造煤颗粒,开展了不同粒径级配和应力条件下的侧限加载试验研究.结果表明,加载过程依次分为滑移阶段、破碎阶段和压固阶段.在滑移阶段和破碎阶段构造煤抗变形能力均弱于原生煤,但是在压固阶段其应变硬化趋势明显强于原生煤.应力虽然会较大程度影响煤颗粒的相对破碎率,但是在压固阶段该影响较弱.加载过程中由于中粒径中部分煤
【机 构】
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中国矿业大学 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,江苏 徐州 221116;中国矿业大学 安全工程学院,江苏 徐州 221116
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煤与瓦斯突出等动力灾害严重制约了矿井的安全生产,不同类型煤颗粒在加载破碎特征反应了煤体结构、力学特性以及能量存储行为对煤与瓦斯突出灾害研究具有重要的意义,但目前缺少煤颗粒的破碎特性研究.研究选取了原煤和构造煤颗粒,开展了不同粒径级配和应力条件下的侧限加载试验研究.结果表明,加载过程依次分为滑移阶段、破碎阶段和压固阶段.在滑移阶段和破碎阶段构造煤抗变形能力均弱于原生煤,但是在压固阶段其应变硬化趋势明显强于原生煤.应力虽然会较大程度影响煤颗粒的相对破碎率,但是在压固阶段该影响较弱.加载过程中由于中粒径中部分煤颗粒结构不稳定,加载过后的煤颗粒存在明显粒径丢失现象.同时粒径级配也影响着煤颗粒的破碎,单一级配试样组中大粒径的试样相对破碎率更高,混合级配试样组的相对破碎率整体比单一级配的要低.相比于原生煤,构造煤的大、中粒径煤颗粒绝对破碎率更高,且破碎过程中更倾向于破碎成粒径更小的煤颗粒,构造煤颗粒破碎程度总高于原生煤.总体而言试验中构造煤颗粒应变硬化现象明显、破碎程度较高,甚至呈现流变特征,这是导致构造煤孔隙率小,渗透率更低的根本原因.且外界对构造煤颗粒输入的能量大都耗散在煤颗粒的摩擦、破碎以及塑性变形,因而储存在其本身的弹性能较低.
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