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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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含水率对泥质粉砂岩强度损伤及声发射特征影响的研究

作者(Author):

  • 方杰
  • 姚强岭
  • 王伟男
  • 汤传金
  • 王光

作者单位:

  • 中国矿业大学(北京) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室
  • 神华集团公司 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室
  • 中国矿业大学 矿业工程学院

关键词:

  • 水-岩作用
  • 泥质粉砂岩
  • 裂隙
  • 含水率
  • 声发射
  • 摘要
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煤系沉积岩体原生及采动裂隙为水-岩作用提供了渗流通道,且受其组分和胶结类型等因素的影响,水作用下煤系沉积岩体力学性质改变显著。采用X射线衍射仪、无损浸水试验装置和煤岩力学性质测试系统,分析了泥质粉砂岩矿物组分,测试了其含水率随时间变化规律,并探讨了含水率影响下泥质粉砂岩强度损伤演化特征。研究结果表明:泥质粉砂岩中高岭石、伊利石和绿泥石等黏土矿物占矿物成分的62%;根据岩样含水率随浸水时间的变化趋势,将其划分为快速增长(0~25 h)、缓慢增长(25~85 h)及恒定(85 h~)3个阶段;由干燥到饱和,岩样的单轴抗压强度降低了47.72%,弹性模量降低了18.36%;随着含水率的增加,岩样破坏形式由剪切破坏逐渐向拉张破坏转化;应力、累计AE计数与时间变化关系曲线能阐明裂隙扩展的各个阶段,其中,裂隙不稳定扩展阶段和峰后阶段声发射活跃;除含水率1.6%的岩样外,声发射定位结果与岩样实际破坏迹线大致相符;加载初期,岩样内部在中心位置产生剪切裂隙并扩展,裂隙和能量逐渐向外围扩散,后期产生拉剪复合裂隙。研究成果对于煤矿地下水库坝体设计、富水巷道顶板岩层控制等工程中涉及的水岩作用问题研究提供了有益参考。

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