煤炭学报

作者：潘荣锟, 马智会, 余明高, 晁江坤, 马智勇, 贾海林, 李聪,

关键词：易自燃煤, 纵波波速, 单轴压缩, 力学特性, 破坏特征,

为了研究易自燃煤体氧化后的力学特性变化，通过程序升温和热重实验获得煤氧化过程中的特征温度，并对煤样进行氧化处理;通过测试煤氧化前后的波速，得出氧化后煤体的损伤因子;通过单轴压缩实验，分析不同氧化煤的力学参数变化规律;通过建立氧化煤受力模型，分析不同氧化煤力学特性的差异并对典型工况研究。研究表明:① 原煤和70，135，200和265 ℃氧化后煤样的平均纵波波速分别为1 642，1 416，1 261，870和557 m/s，不同氧化煤的损伤因子平均值依次为0.19，0.43，0.72和0.86，随着氧化程度加深，波速降低，损伤因子变大;② 原煤应力-应变曲线表现出较好的线性特征，其压密阶段和屈服阶段不明显;随着氧化程度加深，氧化煤应力-应变曲线压密阶段和屈服阶段越明显，多峰效应越显著，峰后台阶跌落效应越突出，且峰后存在明显残余强度，其塑性增强;③ 随着氧化加深，抗压强度从16.36 MPa降至4.10 MPa，弹性模量从3.779降至0.437，割线模量从2.05降至0.19，初始模量从0.609降至0.082，泊松比从0.37降至0.25;氧化对煤体的抗压强度影响最明显，其软化系数从0.89降低至0.25，并提出了“氧化煤动态工程强度”的概念;④ 随着氧化程度的增加，煤样的峰值应变和压密阶段最大轴应变逐渐增加，压缩阶段最大轴应变与峰值应变比值越来越大，当氧化程度达到265 ℃后，其比值近50%;⑤ 随着氧化程度的加深，煤样的破坏形式趋复杂化，破坏后的完整性变差，破坏后脱落的碎煤及煤粉增多，并伴随产生“起皮”现象;⑥ 氧化煤体由外向内划分为强氧化区、弱氧化区和未氧化区，并建立了氧化煤体受力模型，计算得出70，135，200和265 ℃氧化后的煤样未氧化区域直径为44.44，37.24，16.84和0.06 mm，分析了氧化煤体力学性质差异机制，并对典型工况进行了数值模拟分析。

来源：2021年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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