• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

单轴压缩下煤样峰后特征影响因素数值模拟分析

2024-05-29


峰后特征是材料脆性评价的关键指标,且直接影响冲击倾向性评价,研究峰后特征的定量表征及其对材料基质、基质间黏结、测试试件尺寸及外载环境的响应在诸多领域具有重要意义。由于取样困难、加载设备缺乏、人力物力成本高昂等因素,对原位大尺度煤体进行加载试验仍具有挑战性。采用合成岩体模型(Synthetic Rock Mass SRM)方法建立煤体的数值计算模型,从煤基质力学参数、结构面力学参数、模型宽高比、加载速率等四个角度进行煤峰后曲线特征影响因素分析,并探讨峰后特征对单一因素及多因素交互作用响应敏感性。相关成果以Numerical analysis on the factors affecting post-peak characteristics of coal under uniaxial compression”为题发表在IJCST(International Journal of Coal Science & Technology,https://link.springer.com/article/10.1007/s40789-023-00626-0或点击文末“阅读原文”)。



扫描二维码阅读全文



研 究 进 展

利用颗粒流数值模拟方法,建立黏结颗粒模型(Bonded Particle Model, BPM)表征煤样基质;基于煤样CT扫描结果,二值化得到内部结构缺陷分布状态,并进行修正以建立非均匀分布DFN网格模型,表征煤样中原生缺陷;二者交互生成组合岩体SRM数值岩芯,更准确表征煤岩非均质特征。

图1 SRM模型生成构建过程

以峰后能量密度及峰后降模量定量表征煤在单轴载荷下的峰后特征,探究煤样基质力学性质、结构弱面特征、测试煤样尺寸及加载条件对峰后特征影响,并对单一显著影响因素及多因素交互作用进行敏感性分析。煤样基质力学性质与其他因素对峰后特征的影响具有明显交互作用。

图2 峰后特征定量表征及响应敏感性分析

根据各可控因素影响趋势,从弱化煤体力学性质、增加煤体中结构弱面数量、降低煤柱宽度、优化采掘布置及速度4个角度制定切实可行的煤矿防冲技术措施。选取大直径钻孔破坏煤体作为防冲典型技术方案进行工业性试验,并采用微震活动监测结果及钻屑法验证该方案防冲效果。

(a) 大直径钻孔施工前后微震事件分布状况

(b) 大直径钻孔施工前后钻屑孔平均每米钻屑量对比

图3 大直径钻孔破坏煤体防冲效果分析



未 来 展 望

数值岩芯具有成本低、重复性强、速度快等优势,可从细观尺度分析煤岩材料破坏过程及伴随该过程的能量演化。基于无损探伤方法获取内部原生缺陷展布特征,二值化煤样裂隙分布,并进行修正;设置不同阈值筛分原生裂隙尺度,对不同尺度裂隙进行差异化赋参,生成不同尺度与力学性质的DFN网格,重构SRM数值岩芯。可为研究复杂组分及结构特征煤的力学行为提供新思路。




作 者 简 介

通讯作者简介

高富强,博士,研究员,博士生导师,中国煤炭科工集团首席科学家,国家杰出青年科学基金项目获得者。煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室常务副主任,兼任中国岩石力学与工程学会地壳应力与地震专业委员会副主任、中国岩石力学与工程学会采矿岩石力学分会副理事长、《采矿与岩层控制工程学报》副主编、International Journal of Coal Science & Technology科学编辑等学术职务。长期围绕“矿山岩体力学及巷道围岩控制”研究方向,开展煤矿复杂困难巷道围岩控制理论与技术研究工作,在煤岩残余强度本构特征、煤岩非连续扩容大变形破坏机理、岩体非稳定破坏理论等方面取得了一系列研究成果。主持和参与国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家科技重大专项等国家课题10余项;获国家技术发明二等奖1项,省部级自然科学、科技进步一等奖5项;获批国家发明专利20余件;一作或通讯发表SCI论文40余篇,SCI他引1700余次,入选“全球前2%顶尖科学家榜单(职业生涯)”。


第一作者简介

卢志国,工学博士,毕业于煤炭科学研究总院,助理研究员。主要研究方向为煤岩体动力破坏表征及机理、煤矿冲击地压机理及防治。《采矿与岩层控制工程学报》特邀编辑,获省部级科技进步一等奖2项,二等奖2项;孙越崎优秀学生奖1次,北京市优秀毕业生2次,获中关村绿色矿山产业联盟“十佳研究生学位论文”;发表学术论文40余篇,以第一或者通讯作者在Rock Mechanics and Rock Engineering、International Journal of Coal Science & Technology、《岩石力学与工程学报》、《煤炭学报》、《岩土力学》等国内外期刊发表学术论文19篇,1篇入选国家科技部“领跑者F5000-中国精品科技期刊顶尖学术论文”;以第一发明人申请国家专利20余件,授权14件。作为骨干成员参与国家重点研发计划、国家自然科学基金、中煤科工集团科研项目8项。




引用格式:Lu, Z., Ju, W., Gao, F. et al. Numerical analysis on the factors affecting post-peak characteristics of coal under uniaxial compression.Int J Coal Sci Technol11, 2 (2024). https://doi.org/10.1007/s40789-023-00626-0



  责任编辑:宫在芹
今日专家

2011年毕业于山东科技大学采矿工程专业,获工学学士学位;同年考入中...

亮点论文

云计算、大数据、物联网等新兴技术的兴起,促进了煤炭行业的高质量发展。信息资源的智能管理成为煤矿工业的发展趋势,陕煤集团神木红柳林矿业有限公司选煤厂(简称红柳...

今日企业

主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院有限公司 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16技术支持: 云智互联
Baidu
map