煤岩强度、变形及微震特征的基础试验研究.
基于细观试验的煤样变形破坏规律研究
基于细观试验的煤样变形破坏规律研究近年来,随着煤炭开采逐步向深部延伸,高地应力、高瓦斯压力、低渗透性等复杂条件下煤矿遇到的灾害也越来越多,各种动力灾害之间的相互作用凸显,使传统的预测防治措施难以奏效。
新的复合动力灾害给煤矿安全生产、监测和治理带来了新的难题。
因此,采用新的方法研究煤岩体的宏观破坏与其内部细观结构变化及缺陷的联系,这也成为研究煤岩瓦斯复合动力灾害的发生机理及预防对策的重点。
本文以煤样的细观结构和受载破坏过程中的声发射特征为研究主线,通过宏观力学实验、细观实验的检验检测、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同煤矿煤样的细观结构上的异同点,分析了在不同瓦斯压力下条件下煤样力学和声发射的演化特征,并通过离散元数值模拟研究了煤样内部裂纹和损伤的演化过程。
通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和核磁共振测试,分析了不同煤矿煤样的细观特征。
X射线衍射分析表明煤的变质程度与衍射峰（002）峰的面网间距d<sub>（002）</sub>成反比;利用扫描电镜定性地观测了煤样的原生孔隙和裂隙结构特征,获得了几种典型的煤样显微微观结构,并通过低场核磁共振定量的测试了煤样的孔隙裂隙等结构特征。
通过含瓦斯煤的力学实验归纳了瓦斯对煤样的力学性质和声发射特征的影响。
随着瓦斯压力从0Mpa升高为2MPa,煤样的强度随之下降了37.57%,弹性模量下降了26.1%,声发射累计计数减小了32%,累计能量降低了25.32%。
总体来看,煤样的力学性能和声发射特征与瓦斯压力呈现负相关的关系。
通过离散元数值模拟对预制裂纹煤样受载破坏过程中的细观损伤演化进行了研究。
结果表明:岩石的损伤过程是:破裂是从其原生裂纹的端部方向开始,随应力的逐渐增加而不断产生并集结,慢慢地发展成为主裂纹。
根据室内实验的结果,建立了基于声发射参量的煤样损伤破裂演化模型,通过实验结果验证本模型能够较好的反应声发射参数与煤样力学破坏机制的关系。
煤岩变形参数测试
煤岩变形参数测试煤岩变形参数测试是指通过实验室试验或现场观测，测定煤岩在外力作用下的力学性质和变形行为的过程。
煤岩变形参数的测试对于煤矿开采、煤矸石堆填等煤矿相关工程的设计和施工具有重要意义。
下面将对常见的煤岩变形参数测试方法进行介绍。
1.强度参数测试：强度参数是指材料抵抗破坏和变形的能力。
常见的强度参数有抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
抗压强度是指材料在压力作用下的抵抗破坏和变形的能力，可以通过压剪试验来测定。
抗拉强度是指材料在拉伸作用下的抵抗破坏和变形的能力，可以通过拉伸试验来测定。
抗剪强度是指材料在剪切作用下的抵抗破坏和变形的能力，可以通过剪切试验来测定。
2.弹性模量测试：弹性模量是指材料在弹性阶段内应变与应力之比的大小，是衡量材料刚性和破坏前后恢复能力的一个重要参数。
煤岩弹性模量的测试一般采用恢复挠度法或超声波法。
恢复挠度法是利用弹簧、钢刷等装置施加力使试验样品发生弹性变形，通过测量试验样品的弹性恢复程度来确定弹性模量。
超声波法是利用超声波在材料内传播的速度与材料的弹性模量相关的原理来进行测定。
3.应力应变曲线测试：应力应变曲线是材料在外力作用下应变与应力之间的关系曲线，通过测定煤岩的应力应变曲线可以获得材料的塑性性质和变形特性。
常见的应力应变曲线测试方法有轴向压缩试验、轴向拉伸试验和剪切试验等。
轴向压缩试验是将试样置于压力加载机上，在不同的加载下测定应变与应力的关系。
轴向拉伸试验是将试样置于拉力加载机上，在不同的加载下测定应变与应力的关系。
剪切试验是将试样置于剪切加载机上，在不同的加载下测定应变与应力的关系。
4.变形模量测试：变形模量是指材料在一定应力下的恢复变形能力。
常见的变形模量有刚度模量、切变模量等。
刚度模量是指材料在引伸变形下的恢复能力，一般通过剪切试验得到。
切变模量是指材料在剪切变形下的恢复能力，一般通过拟合应力应变曲线得到。
通过以上方法可以获得煤岩的强度参数、弹性模量、应力应变曲线和变形模量等关键参数。
煤矿巷道围岩力学性能测定研究
煤矿巷道围岩力学性能测定研究刘敏丽;王哲【摘要】本研究以东保卫煤矿为对象,利用实验方法对围岩力学性质进行测试和分析,获得了东保卫煤矿78层、41层和36层的顶底板按岩层层位的力学参数,为解决煤矿巷道围岩支护设计提供初始的基础参数.实验结果表明:粉砂岩岩石强度均值为49.93MPa;粗砂岩强度均值为61.72 MPa～74.8MPa;中砂岩岩石强度均值为43.67MPa.粗砂岩的岩样较多,粉砂岩与中砂岩强度接近,相比之下,粗砂岩强度较高.根据岩石的强度试验结果可以看出,东保卫煤矿巷道围岩的岩石强度性能较好,对巷道围岩的稳定十分有利.【期刊名称】《内蒙古科技与经济》【年(卷),期】2015(000)022【总页数】3页(P92-94)【关键词】煤矿;巷道围岩;力学性质【作者】刘敏丽;王哲【作者单位】内蒙古机电职业技术学院冶金与材料工程系,内蒙古呼和浩特010070;黑龙江科技大学安全工程学院,黑龙江哈尔滨 150027【正文语种】中文【中图分类】TD322随着煤矿开采深度的不断增加，井下煤矿巷道将处于更高的地应力环境中，对巷道围岩稳定性起主导作用的因素之一的巷道围岩应力是不应当被忽视的，尤其在地质构造活动强烈的地区，井下巷道支护及稳定性更加难以保证，目前大部分煤矿没有进行全面、系统的巷道围岩地质力学测试工作，相关的设计计算基础参数严重不足，巷道支护形式及参数的确定主要以直接工程类比法通过经验判断为主，容易出现支护形式及参数与巷道围岩分类不符、支护可靠性差，安全程度得不到保证，达不到控制巷道围岩的目的。
巷道围岩物理力学性质是影响巷道稳定性的关键因素，根据巷道围岩的物理力学性质、岩层赋存特征以及应力环境等因素可对巷道围岩进行分类，并对井巷工程进行支护形式及参数的确定。
本研究通过对双鸭山矿区东保卫煤矿井下钻取原位煤岩样，测定其物理力学参数，然后对围岩进行分类，选择支护形式并进行参数计算。
总之，该研究对我国煤层巷道锚杆支护设计提供了科学准确的基础参数。
大尺寸节理煤体单轴压缩力学行为的离散元模拟研究
大尺寸节理煤体单轴压缩力学行为的离散元模拟研究WANG Xiaoqing;KANG Hongpu;GAO Fuqiang;ZHAO Ke【摘要】为研究结构面对节理煤体单轴压缩力学行为的影响,首先基于结构面实测与参数标定试验构建合成煤体模型,然后分别针对REV尺寸煤块与煤体进行不同加载方位的单轴压缩数值试验,分析结构面对节理煤体力学行为的影响机制以及裂隙的形成机制.结果表明:①所构建的合成煤体模型可表征研究煤体,其REV为1.0m×1.0m×2.0 m;②结构面弱化煤体单轴抗压强度与弹性模量,增大煤体单轴压缩变形,弱化/增强程度取决于加载方位与结构面的方位关系;③结构面决定煤体单轴压缩破坏方式,煤体表现为平行加载方向的劈裂破坏,加载方位不同劈裂形态不同;④提出了可量化评价基质破坏与结构面活化对节理岩体破坏贡献程度的指标:基质破坏贡献比和结构面活化贡献比;⑤平行加载方向的结构面在加载力作用下激活为活化原生裂隙,并在其端部发育出翼裂纹,形成压致拉裂裂隙组合.对于包含非贯穿结构面的煤体,裂隙组合彼此连通形成劈裂裂隙;对于包含贯穿结构面的煤体,贯穿的活化原生裂隙直接形成劈裂裂隙.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2018(043)011【总页数】10页(P3088-3097)【关键词】节理煤体;单轴压缩;结构面;基质裂隙;离散元模拟【作者】WANG Xiaoqing;KANG Hongpu;GAO Fuqiang;ZHAO Ke【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TD313;TQ531.4结构面显著影响煤体稳定性、可采性与瓦斯流动性，早在19世纪便有关于煤体结构面的研究[1]。
煤体结构面可划分为3类:层理、内生裂隙和外生裂隙[2]。
层理是在沉积成岩过程中形成的弱面，在整个煤层范围展布。
内生裂隙是在成煤过程中由于煤体基质收缩而形成的，DRON[3]将其称为割理，自此这一称谓沿用至今。
微震监测技术在煤矿冲击地压防治中的运用王伟龙
微震监测技术在煤矿冲击地压防治中的运用王伟龙发布时间：2021-10-09T08:25:31.381Z 来源：《中国科技人才》2021年第19期作者：王伟龙崔恒[导读] 文章立足于实际，以微震监测技术为研究背景。
在阐述微震监测技术相关内涵的基础上，对该技术的空间分布特征、能量分布特征进行综合研究，然后对微震监测技术在煤矿冲击地压防治中的运用情况进行探讨，希望论述之后可以给同类工程提供一些借鉴陕西正通煤业有限责任公司摘要：文章立足于实际，以微震监测技术为研究背景。
在阐述微震监测技术相关内涵的基础上，对该技术的空间分布特征、能量分布特征进行综合研究，然后对微震监测技术在煤矿冲击地压防治中的运用情况进行探讨，希望论述之后可以给同类工程提供一些借鉴关键词：煤矿；冲击地压；防治；微震；监测技术；运用引言在社会发展的阶段中煤炭是我国能源之一，随着煤矿资源的不断消耗我国的煤矿开采工作也在不断的加强开采速度相应的也在提升。
在煤矿工程开采的阶段中产生煤矿冲击地压是非常严重的一件事情，如果没有科学有效的技术策略就会出现各种安全事故。
通过微震监测技术的应用能够达到有效的防治效果，因此对该技术进行研究探寻出更为科学有效的方案尤为重要1微震监测技术相关内容简述煤体因为外部作用力的干扰和影响导致了比较多的，会释放出较多的能量，所以会形成震动效应，微震就是比较常见的一种震动效应。
微震的产生会同时形成弹性波给周边的煤体造成一定的影响，释放出较多的动力性能。
微震监测技术就是在微震给煤体运动中安装必要的传感器装置，同时进行煤体受到外力作用的震动波监测与探测，分析获取的相关技术参数，可以准确的掌握震动波的存在问题，并且做好相应技术参数的分析，比如频率高低、震动强弱等等方面，直接确定出煤矿微震破裂的位置信息，在煤矿冲击影响之下的微震信息全面掌握，煤矿冲击地压微震防治的信息获取更加的完善，提高监测的质量与效果，最终可以更好的消除各种不利的因素和影响。
煤岩破裂微震信号层理间传播频谱特征研究
图 ２ 老虎 台矿煤样单轴压缩过程应 力与加载时 间关 系
Ｆｉ ２Ｓｔｅ ｓａ ｏ ｄ ｔＴｅｏ ｇ． ｒ ｓ ｎｄｌ ａ ｉ ｌ ｆＬａ ｌ ｏｈｕａ ｏ ｌｓｍ ｐ ｅ ｔｉｃ ａ ａ ｌ Βιβλιοθήκη １ 传 感器 的布 置 ． ３
第 ２ 卷第 ４ ５ 期 ２１ ０ ０年 １ ２月
矿 业 工 程 研 究
Ｍ ｉｅ ａ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｇ ｎ ｒ ｌ ｇｎ ｅ ｉ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｓ ａｃ
Ｖ０． Ｎｏ４ １ ２５ ． Ｄｅ ． ２ ０ ｃ ０１
煤岩破 裂微震信号层理 间传播频谱特征研究
李成武 ， 刘纪坤 ， 霞’ 王翠 ， 张浩 ， 王亭亭
存在 明显差 异．
最大轴向载荷 ｌ ０ ， ０ｋ 实现加载方式及速度、 ０ Ｎ 加载时 间和位移的 自动控制，同步 自动测试并全程记 录了应 力、 纵向应变和横 向应变等参数， 大大提高 了载荷 、 应 力及位移（ 应变） 的测量精度， 能够获得煤岩单轴加载破
坏 全 过程 的应力 、 应变 变化情 况 ．
度 能 控 制加 载 速度 及调 节 油 压 的伺 服 材 料试 验 机 ， 主 要 测定 煤样 的单轴 抗压
强度和煤的冲击倾向性， 并测定相应 的微震变化 规律． 试验系统主要包括：Ａ 系列微机控制电液伺服 ＹＷ 压力试验机 、 加载系统 、 信号采集系统 等． 加载系统 由 Ｙ ｗ 系列 微机 控制 电液伺 服压 力试验 机 、控 制箱 、 Ａ 计 算 机 、 ｏｅＴ ｓ ３４压 力 机 控 制 软 件 组 成 ．Ａ １６ Ｐｗ ｒｅｔ ． Ｖ Ｙ Ｗ６ ０ 微 机控 制 电液伺 服压 力试 验机 为美 特斯 工 业系统 （ 中 国１有 限公 司生 产 的具有 力 闭环控 制 的电液伺 服 压力 试验机， 可实现长时间保持载荷， 保载精度高， 可设定复 杂 的压缩试验程序， 电气控制， 适用于长时间连续工作 的试验场所． 试验机 由伺服压力机及其 自控系统组成，
大屯矿区冲击地压综合防治技术研究
大屯矿区冲击地压综合防治技术研究[摘要]通过对大屯矿区冲击地压倾向性鉴定和矿区冲击地压重点区域划分与防治技术研究，可以研究清楚矿区深部工作面发生冲击地压的机理，冲击地压的预测预报和治理措施，提出适合大屯矿区的冲击地压防治理论与技术，建立适合于公司各矿井特别是孔庄煤矿的深部工作面强矿压监测和防治体系，科学指导安全生产，对大屯公司周边其他深部矿井多种冲击地压危险并存条件下的煤层开采也具有重要的参考价值。
[关键词]冲击地压防治技术深部工作面预测预报中图分类号：td 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-150-021. 概述冲击地压是一种典型的煤岩动力灾害现象，主要是指煤矿井下发生的煤岩突发性破坏事件，聚集在巷道周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。
还可能引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统等。
上海大屯能源股份有限公司所属姚桥煤矿、孔庄煤矿、徐庄煤矿和龙东煤矿的开采深度在不断加大，除龙东煤矿之外，其它矿井均进入深部开采阶段，孔庄矿-785水平和-1015水平、徐庄矿-750水平，姚桥矿-850水平正在开拓延伸准备，随着开采深度的增加，冲击地压问题越来越突出，直接威胁安全生产。
截止2009年公司孔庄煤矿和姚桥煤矿曾经发生了数次冲击倾向显现。
2008年公司开展了各矿冲击倾向性鉴定，结果为弱冲击。
但是，随着采深的进一步加大以及开采条件的恶化，冲击地压的危害逐渐增加，并逐渐成为影响矿区各矿井特别是孔庄煤矿和姚桥煤矿安全生产的重大隐患，而现有的监测预警和防治手段已经无法保证消除冲击地压带来的危害。
同时为深刻吸取邻近矿井张双楼煤矿“7.30”冲击地压灾害事故教训，确保公司各矿-500米水平及以下深部采区的安全开采，结合江苏煤监局徐州分局（徐煤安监意字[2010]第（2004）号）监察意见，决定由上海能源股份有限公司与中国矿业大学合作，就《矿区冲击地压重点区域划分与防治技术研究》进行立项研究，对矿区各矿井现有的监测及防治手段进行更新，提高矿区深部条件下防治冲击地压水平，从而做到有备无患。
矿内-矿间微震监测技术研究
面和 跃 进 煤 矿 23092工 作 面 同 时 回 采 ，可能会对矿 井边界区域产生扰动。义马煤田煤层顶板砾岩厚度 大 、岩 性 坚 硬 、完 整 性 好 、抗 变 形 能 力 强 ，为弹性 能的大量积蓄提供了条件。为 了 避免事故发生，矿 内-矿间微震监测系统安装于常村和跃进煤矿井田边 界 的 21162 和 23092工 作 面 ，两个工作面的开始回 采时间分别为2018年 1 0 月 和 2018年 5 月。跃进煤 矿与常村煤矿边界区域的工作面回采情况如图1 所 示 ，跃 进 煤 矿 23092工 作 面 和 常 村 21162工作面中 间全部为采空区或煤柱，矿内-矿间微震传感器将在 该 两 个 工 作 面 布 置 测 点 ，对 23092工 作 面 和 21162 工 作 面 开 采 对 井 田 边 界 及 采 空 区 进 行 实 时 监 测 。通 过 布 设 矿 内 - 矿 间 微 震 监 测 系 统 ，对 采 集 到 的微 震事 件 进 行 分 析 研 究 ，利 用 人 工 爆 破 标 定 试 验 进 行 矿 内 微震和矿间微震的定位误差分析并确定弹性波在义 马煤田煤岩体中的传播速度。
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第25卷第8期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.8 2006年8月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug. ，2006
收稿日期：2006–07–18 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50474029；矿山灾害预防控制教育部重点实验室开发基金资助项目
作者简介：杨永杰(1965–，男，博士，2006年于山东科技大学采矿工程专业获博士学位，导师为宋扬教授，现为副教授，主要从事采矿工程及岩石力学等方面的教学和研究工作。
E-mail ：yyj.6125@
煤岩强度、变形及微震特征的基础试验研究
杨永杰
(山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建教育部重点试验室，山东青岛266510
博士学位论文摘要：煤是远古地表腐植物沉积演化的一种岩类矿物。
煤岩力学性质试验研究成果较为匮乏，特别是考虑强度离散性基础上的系统、全面地反映煤岩的力学性质，在不同应力状态下强度及变形特征的试验研究成果则更为少见。
在进行相关煤岩力学行为方面的数值计算及理论研究时，大都采用非煤岩石的试验资料及本构模型，因而缺乏煤岩试验资料的验证和支持，并制约井下煤体破坏和矿山压力研究的科学性和合理性。
煤在微细观结构和组分方面和其他岩石有较大差异，采用可靠的试验手段进行不同应力状态下煤岩强度、变形及压缩破坏的微地震特征试验研究，对于合理分析煤岩体破坏失稳、预防矿山灾害发生具有重要的理论及实际意义。
采用MTS815.03电液伺服岩石试验系统进行大量煤样单轴压缩、三轴压缩、循环荷载及全应力–应变过程的渗透性试验，同时进行煤样压缩破坏过程的声发射试验及煤矿井下采场覆岩破裂失稳的微地震监测，对煤岩强度、变形及微震特征进行较系统地分析研究。
取得了以下主要成果：(1 通过扫描电镜测试和力学性质试验分析，发现煤岩在力学性质上表现出明显的不连续性、各向异性和非均质性特
征。
煤岩原生孔隙裂隙面积率可用原生损伤变量加以描述，原生损伤变量对煤岩强度和变形有显著影响。
(2 大量煤样超声波速度和相应的力学参数测试结果表明，煤样强度与其纵波由速度间呈现出置信度很高的指数函数关系，为进行强度等对比性试验前合理选择煤样提供了依据。
(3 煤岩的声发射特征能较好地描述其变形和损伤演化特性。
由于原生损伤发育，在围压作用下，煤岩孔隙裂隙被压密闭合，故刚度增加，弹性模量与围压之间符合二次多项式关系。
根据试验结果及模型简化拟合出常规三轴压缩条件下煤岩的分段本构方程。
煤岩三轴压缩破坏符合Coulomb 强度准则，但由于其内部存在大量微裂隙，煤岩沿随机裂隙剪切破坏偏离
=0θ45°+ϕ/2的可能性很大。
(4 同坚硬致密的岩石相比，循环荷载作用下煤岩更容易发生疲劳破坏。
煤岩疲劳破坏“门槛值”与其结构和组分等有关，其变形破坏过程与其损伤累计发展过程一致。
(5 煤岩渗透率–应变曲线与其相应的应力–应变曲线总体变化趋势基本一致，但表现出相对“滞后”的特点，表明渗透率的变化与其损伤演化过程密切相关；同时煤体通过其内部裂隙的渗透需要一定的时间过程。
根据试验结果拟合出具体煤岩的渗透率–应变关系分段曲线方程。
(6 通过声发射参数时间序列的最大Lyapunov 指数计算，证明采用声发射参数描述的煤岩压缩破裂演化系统的变化趋势不是完全依赖于初值的混沌状态，而是可以预报的。
通过离散小波系数分解，发现采用不同尺度上声发射参数最先出现的Lipschitz 指数α
负值所对应的时间作为煤岩压缩破裂预报时间，与实际情况吻合较好。
(7 通过对采场覆岩破坏微震的定位分析，证实微震发展演化与采场覆岩运动过程密切相关。
根据岩体失稳破坏前微震事件频数、能量和距离的1～4阶差分的变化规律，能够较准确地预报岩体破裂，这对于采用微震监测技术解决矿山岩体破坏失稳预报、预防灾害发生具有重要的指导意义。
关键词：岩石力学；煤岩；强度；损伤；三轴压缩；循环荷载；声发射；微地震
中图分类号：TU 457 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(200608–1728–01
BASIC EXPERIMENTAL STUDY ON CHARACTERISTICS OF
STRENGTH ，DEFORMATION AND MICROSEISMIC OF COAL
UNDER COMPRESSION
YANG Yongjie
(Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control，Ministry of Education，Shandong University of Science and Technology， Qingdao ，Shandong 266510，China。