基于纳米压痕的构造煤与原生煤结构面力学特性
郭敬杰
李伟
韩祥凯
花春雨
邓东
中国矿业大学煤矿灾害防控全国重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,江苏徐州 221116;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116
摘要：煤与瓦斯突出等矿井动力灾害严重威胁矿井安全高效生产,不同煤体的微观强度、变形和流变特性的研究对矿井高效生产和灾害防治具有重要意义.本文采用纳米压痕技术对典型的构造煤和原生煤试样的结构面进行了测试,研究了构造煤与原生煤的微观强度、变形、加卸载速率敏感性和蠕变特性.结果表明:相同载荷条件下构造煤变形能力比原生煤更强,弹性恢复能力更弱,构造煤的变形耗散能约为原生煤的2倍,二者结构面存在部分相似的特性.随加卸载速率降低弹性能占比升高,耗散能、弹性模量、刚度下降;载荷加卸载速率小于100 μN/s时,强度特性存在较大的波动,载荷加卸载速率大于100 μN/s时,强度特性随着速率变化波动变小,当载荷加载速率远大于卸载速率时会出现初始卸载时刻出现应力滞后现象.构造煤在不同载荷条件下蠕变变形能力均大于原生煤,伯格斯模型可以描述煤体纳米压痕条件下蠕变趋势,但不能很好地描述弹性恢复现象,分数阶麦克斯韦模型可以精确描述纳米压痕条件下煤体的蠕变过程.
关键词：纳米压痕构造煤结构面率相关蠕变煤与瓦斯突出
分类号：TD313(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52374243)国家自然科学基金(51874295)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2023XSCX036)江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX23_2846)中国矿业大学研究生创新计划项目(2023WLKXJ137)
论文发表日期：2024-05-30
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：15( 509-523 )
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