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《煤巖模擬材料的試驗(yàn)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、煤巖模擬材料的試驗(yàn)研究杜長龍(中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇徐州221008)摘要：為進(jìn)行煤巖的模擬截割試驗(yàn)，基于相似理論，進(jìn)行了模擬截割材料的配制。在以天然煤樣抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用天然粉煤、水泥和水為原材料進(jìn)行模擬截割材料的研制,研究了模擬截割材料抗壓強(qiáng)度和粉煤與水泥配比間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，隨著粉煤與水泥配比的增大，截割材料的抗壓強(qiáng)度呈指數(shù)形式下降。關(guān)鍵詞：煤巖；模擬材料；抗壓強(qiáng)度；相似理論屮圖分類號：TD821ExperimentalresearchonanalogymaterialsofcoalrockDuC
2、hanglong(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou22100&China)Abstract:Basedonthesimilaritytheory,ananalogycuttingmaterialwasmadeforcuttingtest.Thecompressivestrengthofnaturecoalwastakedasacriterion,andtheanalogycuttin
3、gmaterialwasdevelopedwithfinecoal,cementandwaterasstartingmaterials.Therelationshipbetweenthecompressivestrengthoftheanalogymaterialandtheratiooffinecoaltocementwasstudied.Theresultsindicatethatthecompressivestrengthoftheanalogymaterialdecreasewiththeratiooffineco
4、altocementincreasing,showinganexponentform?Keywords:coalrock;simulatedmaterials;compressivestrength;similaritytheory0引言為進(jìn)行煤巖的截割試驗(yàn)研究，材料的特性具有重要地位，其特性與天然煤巖的各項(xiàng)特性是否一致，將直接影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性⑴。但是，由于影響煤巖性質(zhì)的因素較多，要保證模擬截割材料與真實(shí)煤巖特性Z間所有的相似關(guān)系，往往很難做到。因此，筆者采用近似的方法來研究。模擬煤巖可采用2種方法。一種是采用天然煤巖
5、作截割材料，即用原型材料來進(jìn)行試驗(yàn)，但采用此方法會(huì)使截割材料的特性不能滿足相似準(zhǔn)則的要求而使試驗(yàn)完全成為畸變模型試驗(yàn)，導(dǎo)致問題變得更為復(fù)雜。同時(shí)，由于截割材料強(qiáng)度不變而模型的幾何尺寸減小,必然會(huì)引起滾筒模型強(qiáng)度不足。因此采用天然煤巖作截割材料不是理想的方法，并且大塊天然煤巖很難獲得。另一種方法是根據(jù)対截割效果有決定意義的煤巖特性參數(shù)配制模擬截割材料，通過控制不同材料的配比而使其特性盡可能滿足相似準(zhǔn)則，盡量減小模型的畸變，從而使試驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確?；谏鲜龇治?，筆者采用第二種方法配制模擬截割材料。1選取天然煤樣為了使試驗(yàn)結(jié)果具
6、有重現(xiàn)性及試驗(yàn)的一致性，模擬截割材料應(yīng)具有盡可能均質(zhì)的結(jié)構(gòu)。這樣可排除一些次要因素的干擾，簡化問題，突出主要矛盾，使結(jié)果更具典型性。并口人為配制的非均質(zhì)材料，將使影響試驗(yàn)結(jié)果的因索增多，具有不確定性，甚至出現(xiàn)畸變。為此，配制均質(zhì)截割材料是進(jìn)行模型試驗(yàn)的最佳選擇，也具有實(shí)際意義。但是，配制材料的成分越多，各成分的配比選取越困難，且不易把握。為此，筆者以粉煤為本體，以525#水泥、水為黏合劑，進(jìn)行模擬截割材料的配制。相關(guān)試齡資料表明，由于煤層中存在層理、節(jié)理和裂基金項(xiàng)目：江蘇省高校科研成果產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)項(xiàng)目(JHB2011-31)
7、作者簡介:杜長龍(1958—),男，教授，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論,jdjxx3@cumt.edu.cn隙，而人造模擬截割材料質(zhì)地較均勻，因而人造均質(zhì)模擬截割材料的抗壓強(qiáng)度大約為天然煤的2.5倍⑵，即抗壓強(qiáng)度為10MPa的人造模擬截割材料，相當(dāng)于抗壓強(qiáng)度為25MPa的天然煤。模擬截割材料的配置過程如下。配置模擬截割材料首先應(yīng)以天然煤的密度、抗壓強(qiáng)度、泊松比和彈性模量為依據(jù)，進(jìn)而根據(jù)相似系數(shù)的計(jì)算得到模擬截割材料的相關(guān)量。為此，進(jìn)行了天然煤樣的選取和試樣的研制，如圖1所示。圖1天然煤樣Fig.1Naturecoalsam
8、ples圖2煤樣測試系統(tǒng)Fig.2Testsystemofcoalsamples試樣的密度為1356.67kg/iw。由于脆性材料存在尺寸效應(yīng)，其強(qiáng)度隨著高徑比的不同而不同，為此根據(jù)文獻(xiàn)［3］確定天然煤樣為圓柱體，其高徑比為2:1,即試樣高度為l()()mm、直徑為50mm,并在MTS815.02試驗(yàn)系
