Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния
Представлены экспериментальные данные механических свойств водонасыщенных угольных образцов при разных видах напряженного состояния Представлено експериментальні дані механічних властивостей вологонасичених вугільних зразків при різних видах напруженого стану. Experimental data on mechanical behavio...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108103 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния / В.Н. Ревва, А.В. Молодецкий, В.В. Завражин, Н.И. Василенко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 117-121. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859613973938176000 |
|---|---|
| author | Ревва, В.Н. Молодецкий, А.В. Завражин, В.В. Василенко, Н.И. |
| author_facet | Ревва, В.Н. Молодецкий, А.В. Завражин, В.В. Василенко, Н.И. |
| citation_txt | Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния / В.Н. Ревва, А.В. Молодецкий, В.В. Завражин, Н.И. Василенко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 117-121. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | Представлены экспериментальные данные механических свойств водонасыщенных угольных образцов при разных видах напряженного состояния
Представлено експериментальні дані механічних властивостей вологонасичених вугільних зразків при різних видах напруженого стану.
Experimental data on mechanical behavior of the water coal saturated specimens under various kinds of stress state are presented.
|
| first_indexed | 2025-11-28T15:43:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
117
УДК 622.236: 539.375
В.Н. Ревва, А.В. Молодецкий, В.В. Завражин, Н.И. Василенко
РАЗРУШЕНИЕ ВОДОНАСЫЩЕННОГО УГЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ВИДАХ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
Институт физики горных процессов НАН Украины
Представлены экспериментальные данные механических свойств водонасыщенных
угольных образцов при разных видах напряженного состояния
Ключевые слова: уголь, деформирование, разрушение, механические свойства, влага
Структурно-механические особенности угля обусловлены главным обра-
зом дефектностью, неоднородностью и гетерогенностью среды. Наличие
пор и трещин в угле предопределяет возможность их заполнения различны-
ми флюидами. Флюиды, находящиеся в поровом пространстве углей, могут
оказывать как физико-химическое, так чисто механическое влияние на их
прочность и пластичность [1]. Поэтому весьма актуальным представляется
оценка влияния водонасыщения на поведение углей в объемном неравно-
компонентном поле сжимающих напряжений.
Наиболее простым способом получения физико-механических характери-
стик, которые с большой достоверностью отражают процессы, происходя-
щие в горном массиве, является физическое моделирование на установках
неравнокомпонентного трехосного сжатия (УНТС). Механические испыта-
ния углей на таких установках позволяют определять закономерности де-
формирования углей в объемном напряженном состоянии и получать основ-
ные физико-механические характеристики [2].
УНТС, разработанная и используемая в ИФГП НАНУ [3], дает возмож-
ность моделировать и определять свойства любой части горного массива.
Это связано в первую очередь с тем, что рабочая камера, в которую помеща-
ется натурный материал, позволяет в трех взаимно перпендикулярных
направлениях создавать независимые напряжения, по величине и направле-
нию аналогичные напряжениям в горном массиве.
В настоящей работе представлены результаты экспериментальных иссле-
дований по оценке влияния водонасыщения на прочностные и деформаци-
онные свойства угольных образцов при различных видах напряженного со-
стояния в момент разрушения. Для испытаний изготавливали образцы куби-
ческой формы с ребром 55 мм из марки угля К, пласта d4, шахты «Красноар-
мейская-Западная №1» с естественной влажностью 1,6% и с влажностью 3,6%.
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
118
Грани куба образца выполнялись таким образом, чтобы одна их пара бы-
ла параллельной системам трещин или прослоям. В процессе нагружения
давление, передаваемое по каждой оси, регистрировалось по образцовым
манометрам, а смещения граней – по лазерным индикаторам с точностью до
10–5 м. Поддержание необходимого давления по каждой грани достигалось
путем периодического включения насосов высокого давления или сбросом
давления в гидроцилиндрах. Для получения достоверных данных о поведе-
нии угольных образцов в объемном неравнокомпонентном поле сжимающих
напряжений и о значениях механических характеристик образцов, проводи-
ли 5 единичных испытаний в экспериментах.
Для определения естественной влажности из куска угля был изготовлен
образец фракцией 2–2,5 мм, который высушивался согласно методике [4]
при 100С в течение одного часа. Естественная влажность составила Wе =
= 1,6%.
Как видно из рис. 1, потеря 80%
естественной влаги происходит в те-
чение первых 100 с (выходит наиме-
нее связанная влага) [5, 6], остальные
20% выходят в течение оставшегося
интервала времени.
Затем образцы помещали в эк-
сикатор на 7 дней, причем каждый
день проводили их взвешивание на
аналитических весах. После полно-
го периода насыщения влажность
образцов увеличилась с 1,6 до
3,6%.
Извлеченные из эксикатора образцы поочередно продавливали по про-
граммам, соответствующим различным видам напряженного состояния, ко-
торые характеризуются параметром Лоде–Надаи μσ:
2 3
1 3
2 1
,
где σ1, σ2, σ3 – главные напряжения; μσ = –1 – обобщенное сжатие; μσ = 0 –
обобщенный сдвиг; μσ = 1 – обобщенное растяжение.
На рис. 2 представлены зависимости от различных видов напряженного
состояния угольных образцов с естественной и увеличенной влажностью:
модуля деформации (а), объемной прочности (б), модуля сдвига (в), коэффици-
ента поперечной деформации (г), вида деформационного состояния (д), полной
энергии деформирования (е). Как видим, при увеличении влажности на 2%:
а) модуль деформации уменьшается для всех видов напряженного состо-
яния, а при μσ = 0 уменьшается в 2 раза, т.е. происходит увеличение пласти-
ческих свойств угля;
Рис. 1. Потеря естественной влаги об-
разца
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
119
а б
в г
д е
Рис. 2. Влияние вида напряженного состояния на модуль деформации (а), объем-
ную прочность (б), модуль сдвига (в), коэффициент поперечной деформации (г),
вид деформационного состояния (д), полную энергию деформирования (е): –♦– – W =
= 1,6%, –■– – W = 3,6%.
б) объемная прочность снижается на 10–20 МПа для всех видов напря-
женного состояния, кроме μσ = 1;
в) модуль сдвига при μσ = 0 и 0,5 уменьшается в 1,5 раза, что свидетель-
ствует о возрастании роли сдвигового механизма разрушения;
г) коэффициент поперечной деформации при всех видах напряженного
состояния увеличивается в среднем в 1,5 раза, т.е. подтверждается сделан-
ный ранее вывод о возрастании пластических свойств угля;
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
120
д) в угле наблюдается несоответствие между видами деформационного
состояния µε и μσ, но оно становится ближе к µε = μσ;
е) разрушение угля локализуется в одной плоскости, и реализуется сдви-
говый механизм разрушения, поэтому минимум энергии деформирования
наблюдается при виде напряженного состояния, соответствующего обоб-
щенному сдвигу (μσ = 0).
После того, как поочередно были испытаны все образцы, из них изготав-
ливали одинаковые навески фракцией 2–2,5 мм, которые высушивали при
температуре 100оС в течение 1 ч (рис. 3). Из рисунка видно, что выход влаги
из угля для различных видов напряженного состояния различен. При μσ = –1
и –0,5 выход влаги происходит медленнее, чем при μσ = 0; 0,5 и 1. Это свя-
зано с тем, что при обобщенном сжатии (μσ = –1) происходит уплотнение
угля, закрытие трещин, а при обобщенном растяжении (μσ = 1), – наоборот,
их раскрытие.
Рис. 3. Кинетика выхода влаги из образцов: – μσ = –1; ■ – (–0,5); ▲ – 0; – 0,5; + – 1
Таким образом, на основании исследований влагонасыщенных (W = 1,6–
3,6%) угольных образцов при объемном неравнокомпонентном нагружении
установлено следующее.
Насыщение угля водой приводит к пластификации и уменьшению его
упругих свойств – модуля деформации и модуля сдвига (в 1,5 раза). Также
при водонасыщении снижается предельная прочность угля (объемная проч-
ность уменьшается на 10–20 МПа), т.е. вода способствует росту трещины,
беря на себя часть энергии сорбционного центра, что позволяет разрушить
кубик угля при воздействии меньших усилий (напряжений). Приведенные
результаты показывают необратимость физических процессов в структуре
угольного вещества при увеличении содержания в нем воды.
1. Алексеев А.Д. Разрушение горных пород в объемном поле сжимающих напря-
жений / А.Д. Алексеев, В.Н. Ревва, Н.А. Рязанцев. – К.: Наукова думка, 1989. –
168 с.
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
121
2. Норель Б.К. Изменение механической прочности угольного пласта в массиве /
Б.К. Норель. – М.: Наука, 1982. – 128 с.
3. Алексеев А.Д. Предельное состояние горных пород / А.Д. Алексеев, Н.В. Недо-
даев. – К.: Наукова думка, 1982. – 200 с.
4. Стариков Г.П. Оценка газодинамического состояния угольного массива по
диффузии метана из угля / Г.П. Стариков, В.В. Завражин, Т.А. Василенко, И.Г. Ста-
рикова // Физико-технические проблемы горного производства. – 2005. – С. 68–76.
5. Алексеев А.Д. Спин-спиновая ЯМР релаксация протонов воды в силикогелях /
А.Д. Алексеев, Г.А. Троицкий, Е.В. Ульянова, В.М. Хмара, В.В. Завражин //
Физико-технические проблемы горного производства. – 1998. – С. 42–50.
6. Алексеев А.Д. Исследование пористой структуры углей импульсным методом
ЯМР / А.Д. Алексеев, Г.А. Троицкий, Е.В. Ульянова, В.В. Завражин // Физико-
технические проблемы горного производства. – 1999. – С. 3–9.
В.М. Ревва, А.В. Молодецький, В.В. Завражин, М.Й. Василенко
РУЙНУВАННЯ ВОЛОГОНАСИЧЕНОГО ВУГІЛЛЯ ПРИ РІЗНИХ ВИДАХ
НАПРУЖЕННОГО СТАНУ
Представлено експериментальні дані механічних властивостей вологонасичених
вугільних зразків при різних видах напруженого стану.
Ключові слова: вугілля, деформування, руйнування, механічні властивості, волога
V.N. Revva, А.V. Molodetskyy, V.V. Zavragin, N.I. Vasilenko
FRACTURE OF THE WATER SATURATED COAL UNDER VARIOUS
KINDS OF STRESS STATE
Experimental data on mechanical behavior of the water coal saturated specimens under
various kinds of stress state are presented.
Keywords: coal, deformation, fracture, mechanical properties, moisture
Статья поступила в редакцию 3 февраля 2010 года
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108103 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T15:43:04Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ревва, В.Н. Молодецкий, А.В. Завражин, В.В. Василенко, Н.И. 2016-10-29T17:01:36Z 2016-10-29T17:01:36Z 2010 Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния / В.Н. Ревва, А.В. Молодецкий, В.В. Завражин, Н.И. Василенко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 117-121. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108103 622.236: 539.375 Представлены экспериментальные данные механических свойств водонасыщенных угольных образцов при разных видах напряженного состояния Представлено експериментальні дані механічних властивостей вологонасичених вугільних зразків при різних видах напруженого стану. Experimental data on mechanical behavior of the water coal saturated specimens under various kinds of stress state are presented. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Прогноз и управление состоянием горного массива Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния Руйнування вологонасиченого вугілля при різних видах напруженного стану Fracture of the water saturated coal under various kinds of stress state Article published earlier |
| spellingShingle | Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния Ревва, В.Н. Молодецкий, А.В. Завражин, В.В. Василенко, Н.И. Прогноз и управление состоянием горного массива |
| title | Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния |
| title_alt | Руйнування вологонасиченого вугілля при різних видах напруженного стану Fracture of the water saturated coal under various kinds of stress state |
| title_full | Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния |
| title_fullStr | Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния |
| title_full_unstemmed | Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния |
| title_short | Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния |
| title_sort | разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния |
| topic | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| topic_facet | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108103 |
| work_keys_str_mv | AT revvavn razrušenievodonasyŝennogouglâprirazličnyhvidahnaprâžennogosostoâniâ AT molodeckiiav razrušenievodonasyŝennogouglâprirazličnyhvidahnaprâžennogosostoâniâ AT zavražinvv razrušenievodonasyŝennogouglâprirazličnyhvidahnaprâžennogosostoâniâ AT vasilenkoni razrušenievodonasyŝennogouglâprirazličnyhvidahnaprâžennogosostoâniâ AT revvavn ruinuvannâvologonasičenogovugíllâpriríznihvidahnapružennogostanu AT molodeckiiav ruinuvannâvologonasičenogovugíllâpriríznihvidahnapružennogostanu AT zavražinvv ruinuvannâvologonasičenogovugíllâpriríznihvidahnapružennogostanu AT vasilenkoni ruinuvannâvologonasičenogovugíllâpriríznihvidahnapružennogostanu AT revvavn fractureofthewatersaturatedcoalundervariouskindsofstressstate AT molodeckiiav fractureofthewatersaturatedcoalundervariouskindsofstressstate AT zavražinvv fractureofthewatersaturatedcoalundervariouskindsofstressstate AT vasilenkoni fractureofthewatersaturatedcoalundervariouskindsofstressstate |