煤巖強度與變形特征實驗研究及其在條帶煤柱設計中的應用.pdf

1、本文在MTS巖石伺服試驗系統上針對建新礦13煤進行了單軸壓縮、常規(guī)三軸壓縮、流變試驗研究。通過單軸壓縮試驗，測得了單軸壓縮下的力學參數，研究表明其在單軸壓縮時的峰值強度階段的應力－應變曲線相對平穩(wěn)，在壓力峰值持續(xù)高應力一段時間后，煤巖試件迅速破壞；尺寸效應可表示為σc=6.928+130.2698exp(-0.10595D)，圓柱體標準試件強度比長方體標準試件的強度大。通過常規(guī)三軸壓縮試驗，分析了在靜水壓力增加過程中煤巖內部結構先失穩(wěn)隨

2、后穩(wěn)定的特征；研究表明三軸壓縮下的應力應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化，但建新礦13煤的脆延性轉變臨界圍壓值要遠遠大于其單軸抗壓強度；建新礦13煤的彈性模量與圍壓的關系可以用E=4955.984-3589.106exp(-σ3/1.923)來表達；圍壓對煤巖強度影響非常明顯，隨著圍壓的增加，煤巖的軸向破壞應力及破壞后的殘余強度也隨之增加；根據庫侖準則，建新礦13煤在較低圍壓下最大主應力差與

3、圍壓的關系為：σ1-σ3=9.71005+12.4716σ3。通過流變試驗，研究了建新礦13煤的流變力學特性；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，在較高的應力水平上，試件發(fā)生兩類微破裂：第一類是煤巖內的部分微結構達到了變形極限，試件的應變變小而應力變大，隨后這些微結構破壞，第二類是煤巖內部的部分微結構在常速變形中達到極限，應變減小、應力也同時減小的忽然破壞；流變模型用四次多項式經驗模型表示：ε(t)=0.00551+(2

4、.033E-5)*t-(9.754E-8)*t2-(1.578E-9)*t3+(1.417E-11)*t4。基于已有理論和試驗研究結果，分析了建新礦13煤的煤柱體長期強度為2.7088MPa，符合庫侖－莫爾物理模型。結合試驗研究結果，通過采用FLAC3D拉格朗日差分軟件對煤柱穩(wěn)定性進行模擬研究，對建新礦13煤條帶開采進行了優(yōu)化設計，認為在建新礦的地質情況下，開采13煤時選擇25m的采寬和20m的留寬，可以保持煤柱的長期穩(wěn)定有效性。