煤岩力学与基质收缩关系研究：耦合效应分析

"煤岩力学参数与其基质收缩性能的耦合效应 (2004年)"这篇论文主要探讨了煤岩在不同力学条件下的收缩性能及其与力学参数之间的关系。研究由陈金刚、张世雄和黄志伟在武汉理工大学资源与环境工程学院进行。他们利用三轴岩石力学测试系统来模拟煤岩在实际环境中的力学行为，通过对有效应力的控制来观察煤基质的收缩量变化。 实验结果显示，煤基质的收缩量与它的力学特性，包括抗压强度和弹性模量，存在一个负指数关系，可以用数学公式y=ae^(-bx)来描述。这意味着，当煤岩的力学性能越强，即抗压强度和弹性模量越高时，其基质的收缩量会相应减少，呈现出较小的膨胀效应。相反，力学性能较弱的煤岩，其基质在吸附阶段的膨胀效应更为显著。 在吸附过程中，煤岩吸收气体，其内部结构发生变化，这会导致体积的膨胀。研究发现，力学性能较强的煤样在这一阶段的膨胀程度相对较低，而在解吸阶段，即煤岩释放气体时，同样表现出类似的规律。解吸时，力学性能较弱的煤岩会有更大的体积收缩。这两个阶段的效应相互叠加，使得煤岩的力学性能与其基质收缩性能之间形成一种正反馈机制，强者更强，弱者更弱，进一步强化了两者之间的耦合效应。 此外，论文还强调了这一耦合效应对于理解和预测煤岩在开采过程中的稳定性至关重要。在煤炭开采中，煤岩的力学性质和基质收缩性能的变化可能引发一系列地质灾害，如顶板垮落、煤体变形等。因此，准确掌握煤岩的这些特性有助于采取有效的预防措施，提高矿井的安全性和开采效率。 该研究揭示了煤岩力学参数与基质收缩性能之间的复杂关系，为煤炭资源的开发提供了理论依据，并对矿井安全工程和地质灾害防控具有实际应用价值。通过对这些参数的深入理解，可以优化开采技术，减少潜在的地质风险，促进煤矿行业的可持续发展。