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煤样贯穿节理对岩-煤组合体强度及破坏特征影响模拟研究
煤样贯穿节理对岩-煤组合体强度及破坏特征影响模拟研究
摘要：本研究通过模拟实验分析了煤样贯穿节理对岩-煤组合体的强度和破坏特征的影响。通过建立三维的数值模型，计算了煤样的弹性模量、破坏模式、破坏韧度等物理参数，并通过对比实验验证了模型的可靠性。研究发现，贯穿节理对岩-煤组合体的强度和破坏特征的影响主要表现在以下几个方面：一是煤体的受力集中现象更加明显，煤体破坏后的应力分布更为不均匀，这可能导致组合体整体的强度降低；二是贯穿节理的存在增加了煤岩界面的面积，导致岩-煤之间的黏着力变弱，从而影响了组合体的强度和稳定性。
关键词：贯穿节理；岩-煤组合体；强度；破坏特征
一、引言
岩-煤组合体是煤炭开采过程中的一种常见地质体，特别是在煤炭资源日益减少的情况下，对于岩煤复合采矿和煤矿生产扩展有着重要的意义。然而，岩-煤组合体的力学性质和破坏特征往往受到多种因素影响，其中煤样的贯穿节理是一个重要的因素。煤样贯穿节理在煤炭勘探和开采过程中已经被广泛研究，但是对于岩-煤组合体的影响研究还比较缺乏。因此，本研究旨在探讨煤样贯穿节理对岩-煤组合体强度和破坏特征的影响，以期为采矿工程提供理论依据和技术支撑。
二、实验方法
1、煤样制备和试验装置
本研究采用煤样贯穿节理的模拟实验方法，煤样采用了位于中国西南地区的某煤矿的两种煤样，分别为石煤和长石煤。试验装置采用了悬挂式应变计和电子万能试验机进行力学测试，并通过建立三维有限元模型进行数值计算和分析。
2、数值模拟
本研究采用了ANSYS软件建立了三维有限元模型，以模拟煤样贯穿节理对岩-煤组合体的影响。模型采用了八节点体积元进行离散化描述，包括了岩石部分和煤炭部分，同时考虑了材料非线性和破坏过程。计算的重点在于煤样的弹性模量、破坏模式、破坏韧度等物理参数。同时，通过对比实验验证了模型的可靠性和精度。
三、实验结果和分析
1、实验结果
本研究通过模拟实验和数值计算，得出了贯穿节理对岩-煤组合体的强度和破坏特征的影响。具体表现在以下几个方面：
（1）煤体的受力集中现象更加明显，煤体破坏后的应力分布更为不均匀。这可能导致组合体整体的强度降低，使得组合体的破坏更易发生。
（2）贯穿节理的存在增加了煤岩界面的面积，导致岩-煤之间的黏着力变弱。从而影响了组合体的强度和稳定性，在煤炭开采过程中易导致岩层冒顶等灾害。
2、分析
本研究发现贯穿节理对岩-煤组合体的影响是复杂的。一方面，贯穿节理可以促进组合体的破裂，增加其破坏强度和破坏韧度，因为贯穿节理可以提供释放裂纹和消耗落能的通道。另一方面，贯穿节理会导致组合体的非均匀性和应力集中现象，影响其整体强度和稳定性。在实际工程中，需要综合考虑岩-煤组合体的不同性质和采矿条件，制定针对性的采矿方案。
四、结论
本研究证明煤样贯穿节理对岩-煤组合体的强度和破坏特征具有一定的影响。贯穿节理的存在导致组合体的非均匀性和应力集中现象，影响了其整体强度和稳定性。因此，在采矿工程中需要对岩-煤组合体的结构和性质进行详细的研究和分析，在制定采矿方案时综合考虑各种因素，以确保采矿的安全和高效。
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