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2021年第06期
2021-06-25
48

不同冲击倾向性煤单轴压缩下能量演化与损伤特征

  • 作者:

    杨磊
    王晓卿
    李建忠
  • 关键词:

    冲击倾向性
    能量演化
    损伤
    颗粒流模拟
  • 作者单位:

    中煤科工开采研究院有限公司
    煤炭科学研究总院 开采研究分院
    煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室

摘要

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摘要:

为了研究不同冲击倾向性煤单轴压缩过程中的能量演化规律与损伤特征,基于实验室冲击倾向性等力学参数测试,通过颗粒流数值程序PFC2D获取能够较真实反映煤样宏观力学特性的细观参数,模拟分析了不同冲击倾向性煤单轴压缩下的能量演化规律与损伤特征。研究结果表明:不同冲击倾向性煤的能量演化规律相似,峰值强度前,边界做功主要转化为应变能,耗散能、滑动能与动能的占比则非常小;峰值强度后,应变能快速释放,耗散能、滑动能与动能开始迅速增长。随着冲击倾向性的增强,应变能释放与动能增长速率显著增大,提出应变能释放比率与动能增长比率2个指标,发现应变能释放比率、动能增长比率与冲击倾向性指标中的单轴抗压强度、冲击能量指数以及弹性能量指数具有很好的相关性,可采用该指标来辅助评判煤样的冲击倾向性。峰值强度前不同冲击倾向性煤样内部微裂纹演化规律近似,峰值强度点后微裂纹急剧增长,增速与冲击倾向性呈正相关关系。基于裂纹萌生与体积应变曲线的确定方法,得出煤的起裂应力水平主要分布在44.18%~51.67%,损伤应力水平在89.04%~93.86%。强冲击倾向性煤样的起裂应力水平与损伤应力水平均高于弱和无冲击倾向性煤样,起裂应力水平与损伤应力水平从细观损伤力学角度解释了强冲击倾向性煤样易积聚高弹性应变能并产生脆性冲击破坏的能力。

  • 不同冲击倾向性煤微裂纹扩展与应力应变关系曲线
  • 煤岩破坏过程阶段划分示意
  • 应变能释放比率、动能增长比率与冲击倾向性指标相关性分析
  • 不同冲击倾向性煤的能量演化与应力应变关系曲线
  • 建立的PFC2D数值计算模型与计算结果
  • 部分煤样
杨磊,王晓卿,李建忠.不同冲击倾向性煤单轴压缩下能量演化与损伤特征[J].煤炭科学技术,2021,49(6):111-118. YANG Lei,WANG Xiaoqing,LI Jianzhong.Energy evolution and damage characteristics of coal with different bursting liability under uniaxial compression[J].Coal Science and Technology,2021,49(6):111-118.

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