高温对煤的动态拉伸力学性能的影响

摘要

深部煤矿的开采往往受到高温地热及爆破冲击等不利影响，为保证安全生产和提高开采效率，研究温度对煤的动态力学性能的影响至关重要。本研究利用分离式霍普金森杆（SHPB）系统对煤样进行巴西劈裂试验，并结合X射线衍射技术（XRD）和颗粒流程序（PFC）仿真，研究了不同温度、不同加载速率下煤的力学性能和破坏演化过程，同时对其微晶结构及断裂模式进行了分析。试验结果显示：高温使得煤发生劣化，煤样的抗拉强度和与耗散能随温度的升高而减小。抗拉强度、入射能与耗散能随冲击速度的增大而增大，且热处理后煤样的速率依赖性减弱。加热使得煤的层间距减小，堆叠高度增大，有向高阶煤发展的特征。热处理增强了煤的晶体结构有序性，但是微晶尺寸小，水分蒸发和热膨胀不均匀产生的微孔和裂纹对强度的削弱作用更大。PFC模拟煤样动态拉伸过程中，沿着加载方向的主裂纹为拉伸劈裂，两端的楔形区域破碎的类别主要为压剪破坏，拉伸裂纹数量远多于剪切裂纹数量。

关键词

高温劣化 / 煤热解 / 动态拉伸 / 能量耗散 / 分离式霍普金森杆

基金资助

煤与煤层气共采国家重点实验室基金（2022KF10）