基于小角X射线散射的逐级加卸载下煤中纳米孔隙损伤特征
李祥春1
石瑶玉1
聂百胜2
庞义辉3
宋浩楠1
张书豪1
张良4
高佳星5
1.中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000832.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000833.煤炭科学研究总院有限公司,北京 1000134.煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院,北京 1000135.湖北汽车工业学院汽车商学院,湖北 十堰 442002
摘要：为了探究煤体在载荷下的微观力学及损伤特性,利用试验室自行研制的基于小角X射线散射(SAXS)技术的微型加载系统和同步辐射小角X射线散射试验站,进行了煤的逐级加卸载SAXS试验.通过小角X射线散射试验数据,分析了煤中纳米孔隙结构在逐级加卸载过程中的损伤演化规律,讨论了煤中开闭孔微观结构的损伤破坏机理.结果表明:煤样的逐级加卸载SAXS试验均表现出Porod正偏离,不同荷载方式不会改变煤体本身的Porod偏离方式,但外部荷载对散射强度有显著影响.逐级加卸载煤样纳米孔隙结构的表面分形维数、孔隙分形维数、比表面积、孔隙率随荷载值的增加均呈现出先增加后减小再增大的动态变化特征;根据这些阶段性的变化特征,将逐级加卸载作用下煤中纳米孔隙结构的损伤过程划分为:轻微损伤阶段、压缩阶段、破裂阶段.此外,通过结合微观结构的变化规律分析了单轴加载和逐级加卸载对纳米孔隙损伤机理的影响,指出逐级加卸载会加剧孔隙闭合、结构坍塌和贯通破裂过程,并讨论了含瓦斯与无瓦斯煤体中纳米孔隙受加卸载影响损伤破坏的致灾机理.研究结果为理解煤体在循环加卸载下的微观损伤机制及其致灾机理提供了新的视角.
关键词：纳米孔隙逐级加卸载原位同步辐射小角X射线散射孔隙结构损伤
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2024YFC3013801)国家自然科学基金(U23B2093)国家自然科学基金(52274245)
论文发表日期：2025-09-27
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 4391-4404 )
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