循环加卸载作用下水浸煤体渐进损伤机理试验研究

摘要

煤矿地下水库技术已成为实现矿井水资源保护与利用的有效途径。在应力与水浸作用下，煤柱坝体强度劣化效应将直接影响地下水库工程的稳定性。基于此，开展不同含水状态煤样循环加卸载试验，利用声发射设备监测试验中煤样的损伤特征，并采用核磁共振（NMR）设备检测煤样孔隙发育，揭示不同含水状态及循环应力下煤体渐进损伤演化机理。结果表明：不同含水状态煤样随循环级数的增加，声发射信号逐渐增加，裂隙发育程度逐渐加大；循环应力作用下煤体的损伤破坏主要发生在首次达到每级峰值荷载时，随后仅发生小幅度损伤。水岩作用对声发射具有弱化效应，含水煤样在循环应力作用下易发生应力突变，对煤体造成瞬时损伤破坏，且随含水程度的增加，突变次数也有所增加。在3级循环加卸载后，各级干燥煤样的T2曲线幅值相较于未循环加卸载煤样均增大，干燥煤样孔隙数量随循环级数的增加而增多；自然和饱和煤样在前两级循环加卸载后T2曲线幅值增加，曲线范围变宽并向右半部分偏移，煤样孔隙数量增加，第Ⅲ级循环加卸载后，中微孔数量降低幅度较大，大孔数量均有小幅增长，煤样总体孔隙数量降低。含水煤体随着循环应力的增大，煤体的孔隙变化呈现低幅的增大—降低—增大的趋势，水浸煤体在应力作用下孔隙变化加剧，更易产生大孔孔隙结构，造成煤体累积损伤破坏。Ⅰ、Ⅱ级循环加卸载后，各煤样的孔隙度上升，Ⅲ级循环后干燥煤样孔隙度上升，自然与饱和煤样孔隙度下降。Ⅲ级循环加卸载后，干燥煤样的抗压强度为14.27 MPa，较未进行循环加卸载时的平均值降低了9.85%；饱和煤样的抗压强度为8.49 MPa，较未进行循环加卸载时的平均值降低了24.87%；煤样的强度随含水程度及循环级数的增加而降低。

关键词

煤柱 / 水浸煤体 / 循环加卸载 / 孔隙变化 / 渐进损伤