卸轴压起始载荷水平对含瓦斯煤样力学特性的影(3)

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。

第2期赵洪宝等：

卸轴压起始载荷水平对含瓦斯煤样力学特性的影响

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在较小轴压下通入的较大压力的瓦斯气体可能将导致煤样内的孔隙、裂隙结构发生膨胀，增加了煤样压而导致压密阶段非常明显所密变形阶段的轴向应变，致。

（3）该种含瓦斯煤样的三轴压缩应力应变曲线的线弹性阶段和屈服阶段特点符合典型煤岩体三轴不同之处仅在于线弹性阶段持续较短、进压缩特点，

图3Fig.3

含瓦斯煤三轴压缩特性曲线Triaxialcompressioncharacteristiccurveofcoalcontaininggas

入屈服阶段较缓慢。

（4）该种含瓦斯煤样峰值强度较小；进入峰后阶段后，应力没有迅速降低，而呈小幅下降趋势，略呈流变特性。

（5）试验方案所选择的三轴卸轴压应力点均处于线弹性阶段，分别为线弹性阶段起始点略后、线弹性阶段中间点和线弹性阶段结束点稍前。2.2

含瓦斯煤样卸轴压轴向变形演化规律根据设计的试验方案，对含瓦斯煤样卸载过程中

也可以分为5部分，即压密阶段、线弹性阶段、屈服阶

段、峰值强度点和峰后阶段。（2）该种含瓦斯煤样的三轴压缩应力应变曲线的压密阶段非常明显。这可能是因为经加压成型制得的型煤试件本身含有较多孔隙、裂隙结构；试验进行时先施加较小值轴压，再加围压至设定值，最后通恒定压力的瓦斯气体8h，再进行三轴压缩试验，事先

得到了三轴压缩的应力－应变关系进行整理和分析，

状态下不同起始应力点卸轴压含瓦斯煤样应力－应变变化规律，如图4所示。

图4

Fig.4

卸轴压条件下含瓦斯煤样应力－应变关系

Stress-strainrelationshipofcoalcontaingasunderconfiningpressureunloading

分析图4可知：

（1）尽管卸载应力点均选择在三轴压缩曲线的线弹性阶段，但卸轴压时含瓦斯煤样的应力应变曲线都呈现非线性变化特点，且随着起始卸载应力水平的增加，非线性特性呈增加趋势。这可能是因为尽管处于线弹性阶段，但加载阶段随着应力的升高煤样内将有更多的微结构和煤样颗粒参与到煤样的变形过程中，导致随着卸轴压起始应力水平越高，在卸除轴压时组成煤样恢复变形的因素越复杂，而导致非线性更显著。

（2）随着卸轴压起始应力水平的增加，同一水平下起始应力水平越高，卸除单位轴压时同组煤样间变形规律的差别越小。这可能是因为处于线弹性阶段的含瓦斯煤样，其应变状态处于原生微结构已经充分

闭合、新结构正在形成且尺度较小并尚未贯通的阶段；卸轴压时，在瓦斯压力的作用下煤样恢复的变形将由新生微结构闭合、煤样颗粒弹性变形恢复和原生微结构张开等几个因素构成，其中新生微结构闭合将导致煤样产生压缩，煤样颗粒弹性变形恢复和原生微结构张开将导致煤样膨胀；当煤样受到的初始轴压较小时，煤样恢复变形的组成因素将较简单，仅有煤样膨胀变形；而当煤样受到的初始轴压较大时，煤样恢复变形的组成因素将较复杂，既包括煤样压缩又包含煤样膨胀变形，而总体呈膨胀变形规律。故在多种因素综合作用下，将会导致高起始应力条件下卸轴压时同组含瓦斯煤样的变形差异较小。

（3）随着卸轴压起始应力水平的增加，卸轴压过程中含瓦斯煤样的平均弹性模量呈下降趋势，但降幅