温度冲击下煤的微观结构变化与断裂机制

• 作者: 孙刘涛 王登科 魏建平
• 来源期刊: 岩土力学
• 关键词: 温度冲击 微观结构 断裂机制 应力强度因子 破煤效果
• 年，卷（期）: 2019,（2）
• 所属期刊栏目: 基础理论与实验研究
• 页码范围: 529-538,548
• 页数: 11页
• 分类号: TD821
• 语种: 中文
• DOI: 10.16285/j.rsm.2017.1562

摘要

为研究温度冲击下煤的微观结构变化及其损伤断裂机制,以干燥颗粒煤为研究对象,分别开展了煤样的冷冲击和热冷冲击试验.利用扫描电镜(SEM)观测图像结果,分析对比了两种温度冲击前后煤样微观形貌、裂缝分布、开裂和延伸情况,结合断裂力学理论分析了煤样内部微裂缝的开裂机制和扩展方向,并通过ANSYS有限元软件模拟了微裂缝扩展时的应力场和位移场的分布情况,揭示了煤样的断裂机制.研究结果表明,两种温度冲击对煤的结构均造成了不同程度的破坏,温度冲击所形成的热应力最终导致了原始裂纹和新生裂纹的扩展和延伸;温度冲击下所产生的裂纹形式主要有沿晶裂纹、穿晶裂纹、翼型裂纹、交叉裂纹、枝须状裂纹和网状裂纹;分析结果表明,温差愈大,所产生的温度热应力愈大,热冷冲击所产生的裂缝的数量更多、扩展更充分,对煤样的破坏更严重,因此,热冷冲击的破煤效果更好.