承压破碎煤体空隙率分形模型及试验研究
徐义洋1
褚廷湘2
冯学文3
代文程4
1.北京中煤矿山工程有限公司,北京 1000132.华北科技学院安全监管学院,河北三河 0652013.中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京 1000834.安徽省皖北煤电集团临汾天煜恒昇煤业有限责任公司,山西临汾 041204
摘要：为了识别采空区应力加载对破碎煤岩空隙率的影响,基于采空区应力恢复及空隙率对煤自燃影响角度,分析了采空区空隙率对煤自燃发生中的漏风强度、氧气浓度分布、蓄热环境的影响.通过对恒昇采空区破碎煤体的压实实验,测试了其应力应变及空隙率变化特征.结合分形理论,建立了承压颗粒煤分形空隙率模型,明确了分形模型的初始参数,并对实验数据及理论计算数据进行比较.结果表明:①在应力作用下,破碎煤体发生压实变形,造成颗粒级配发生变化,进而造成分型维数增大与空隙率发生变化,说明随工作面推进及采空区应力逐渐恢复状态下,采空区破碎煤体空隙率呈现动态变化;②通过测试原始煤样与破碎后煤样粒径分布与级配变化,获得了承压破碎煤体的分形维数,发现承压破碎煤体分形维数增大则说明受载煤样更加破碎,在应力加载状态下其空隙率逐渐减小;③通过分形理论与承压破碎煤体的应力应变关系,建立了承压颗粒煤的分形空隙率理论模型,理论计算结果与实验结果误差在0.028～0.106,可满足工程需要;④ 分析了该模型的使用条件,在获得破碎煤岩应力应变函数及应力加载路径的前提下,该模型可对任意状态下的空隙率进行预测.
关键词：空隙率分形理论破碎煤岩采空区自燃应力场
分类号：TD75(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51774114)中央高校基本科研业务费资助项目(3142018028)中央高校基本科研业务费资助项目(3142018002)
论文发表日期：2022-04-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 1571-1578 )
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