温度对煤力学特性影响的实验研究.pdf

文章编号：1003—5923(2005)03—0046—03 温度对煤力学特性影响的实验研究 马占国，茅献彪，李玉寿，陈占清，朱鹏 (中国矿业大学理学院，江苏徐州221008) 摘 要：温度是影响煤力学特性的重要因素之一。本文利用自制夹具，配合环境箱，在MTS810伺服试 验系统上完成了温度对煤力学特性影响的试验研究，得到了不同温度下煤的应力与应变关系，分析了温度对 煤的抗压强度和弹性模量的影响。研究结果表明：随温度的升高，25℃～50℃之间，煤的强度和弹性模量呈 减小趋势，应变呈增加趋势；504C～100℃之间，煤的强度和弹性模量呈减小趋势，应变呈减小趋势；100℃～ 200C之间，煤的强度和弹性模量呈增加趋势，应变呈增加趋势；200℃～300℃之间，煤的强度和弹性模量呈减 小趋势，应变呈增加趋势。 关键词：煤；温度；力学特性；实验研究 中图分类号：TD315 文献标识码：A 本次实验采用直径为25mm、高50mm的试件。试 1 引言 件共分5组，每组5件，在25℃、50℃、100℃、 温度是影响岩石力学特性的重要因素之一。 200℃、300℃等温度下保持2h，然后进行单轴压 随着矿山开采深度增加，特别是在上千米的深部采 缩试验。 ’ 场，岩层温度将达到摄氏几十度甚至上百度，巷道 变形剧烈、采场矿压显现剧烈、冲击地压发生频度 增加、瓦斯高度聚积、诱发突水的几率增大、深井筒 破裂等事故大量增加[1’2]，高温条件下岩石的特殊 变形对地表环境也造成严重损害[3_6]。因此，随着 高温环境下的岩石工程问题日益增多，研究岩石在 温度载荷作用下热变形破坏规律具有重要的理论 意义和工程价值。 2 实验方法 实验设备采用中国矿业大学岩石力学与岩层 控制中心先进的MTS810伺服试验系统和环境 图1本试验用的MTS810试验系统及环境箱外观 箱，如图1所示；实验操作主要是通过Teststar系 统实现。该系统通过计算机对测试过程有一个最 迅速的控制。利用主窗体的菜单，可分配传感器， 3实验结果及分析 定义控制模式、设置边界、让敏感元件自动调零、选 3．1 煤样在不同温度下的应力应变曲线 取输出信号，且在必要时设置一些参数。该系统软 图2表明，压力较低时，曲线微向上弯曲，这是 件包括图形用户接口、数据接口、软件功能发生器、 因煤体在压力作用下，内部的张裂隙和微裂隙逐渐 程序设计以及系统工具。 被压密、闭合的结果；当压力增加到一定值后，变形 考虑到不同尺寸、形态、高径比对岩石强度的 曲线就成为近似直线，斜率为弹性模量E；最后曲 影响，及本实验要在环境箱中进行的特殊性，所以 线微微向下弯曲，表现出一定的应变硬化特性；到 收稿日期：2005—05—07 作者简介：马占国(1972一)，博士生，讲师，现主要从事采动岩体力学方面的教学与研究工作。 ·46· 2005．N03矿山压力与顶板管理 40 日 山 兰 i