卸轴压起始载荷水平对含瓦斯煤样力学特性的影

以肥煤制作的型煤试件为研究对象,对其在一定围压和瓦斯压力下的三轴压缩力学特性、不同起始应力点卸轴压时的力学特性进行了试验研究。结果表明: 三轴压缩试验型煤试件的变形特点、 变形阶段分布与原煤非常相似,而尤以压密阶段和线弹性阶段为最; 卸轴压过程中,煤样的变形特性呈非线性特点; 随着起始应力点的升高,煤样变形的非线性呈增加趋势, 卸轴压过程中的平均弹性模量呈下降趋势,瓦斯压力对煤样变形的影响呈增加趋势。

DOI:10.13225/ki.jccs.2012.02.024

第37卷第2期2012年

2月煤炭学报

JOURNALOFCHINACOALSOCIETY

Vol．37Feb．

No．22012

文章编号：0253－9993（2012）02－0259－05

卸轴压起始载荷水平对含瓦斯煤样力学特性的影响

1，21，2

赵洪宝，汪昕

（1.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083；2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室（中国矿业大学（北京）），北京100083）

要：以肥煤制作的型煤试件为研究对象，对其在一定围压和瓦斯压力下的三轴压缩力学特性、

不同起始应力点卸轴压时的力学特性进行了试验研究。结果表明：三轴压缩试验型煤试件的变形摘

特点、变形阶段分布与原煤非常相似，而尤以压密阶段和线弹性阶段为最；卸轴压过程中，煤样的变形特性呈非线性特点；随着起始应力点的升高，煤样变形的非线性呈增加趋势，卸轴压过程中的平瓦斯压力对煤样变形的影响呈增加趋势；在一定围压和瓦斯压力作用下，均弹性模量呈下降趋势，

煤样卸轴压过程中轴向应力－轴向应变关系可用指数关系表示。关键词：卸轴压；含瓦斯煤；力学特性中图分类号：TU452文献标志码：A

Effectofinitialloadlevelofaxialunloadingonmechanical

propertiesofcoalcontainedgas

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ZHAOHong-bao1，，WANGXin1，

（1.SchoolofResourcesandSafetyEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology（Beijing），Beijing100083，China；2.StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining（ChinaUniversityofMiningandTechnology（Beijing）），Beijing100083，China）

Abstract：Takingbriquettesamplesmadeoffatcoalastheobjectofstudy，mechanicalpropertiesundertriaxialcom-pressionandaxialunloadingofdifferentinitialloadlevelintheconditionsofcertainconfiningpressureandgaspres-surewerestudied．Theresultsshowthatthedeformationfeaturesanddeformationphasedistributionisverysimilarwithcharacteristicsofrawcoalundertriaxialcompression，especiallyincompressioncompactingstepandlinearelasticitystep；nonlinearcharacteristicsareshowedintheprocessaxialunloading；nonlinearcharacteristicsareincreasedastheincreasingofinitialloadlevel．Theaverageelasticmodulusisgraduallysmallerinprocessofaxialunloading，theeffectcausedbygaspressureondeformationofcoalcontainedgasisgraduallybigger；therelationbetweenaxialstressandaxialstrainofcoalcontainedgasisexpressedbyexponentialequationinprocessofaxialunloading．Keywords：axialunloading；coalcontainedgas；mechanicalproperties《煤矿安全规程》根据的规定，对于具有保护层

开采条件的高瓦斯或具有突出危险性的煤层，在开采前必须首先开采保护层。也就是通过保护层的开采释放高瓦斯或具有突出倾向煤层的应力，并导致煤层的内部结构发生变化，达到释放煤层瓦斯的目的，从

［1－3］

。保护层开采可分为而减小煤层开采的危险性

上保护层开采和下保护层开采两种，其保护作用原理均为利用开采保护层产生的采动卸压作用使煤层在

从而导致煤层所处应力场上或下向方向上得到卸压，

和煤层结构的改变。而此过程可简化为煤岩体在所受围压基本不变的情况下卸除轴压的过程。煤层内瓦斯赋存和流动特性在采动卸压作用影响下将发生明显的变化，这一变化是衡量保护层开采效果的主要指标之一；煤与瓦斯共采的原理也是利用采煤过程中产生的采动卸压作用实现瓦斯开采与收集量的增加。因此，研究并掌握含瓦斯煤力学特性受到采动卸压作

收稿日期：2011－03－07责任编辑：毕永华

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51004110）；国家自然科学基金重点资助项目（50834005）；中央高校基本科研业务费专项基金资助项

目（2009QZ03）

作者简介：赵洪宝（1980—），男，山东武城人，讲师，博士。E－mail：hongbaozhao@