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煤岩力学特征研究作者：叶姜来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第02期摘要：本文通过三轴力学煤岩力学试验测试结果，分析了不同围压下煤岩抗压强度、波松比、弹性模量等参数的变化特征。
关键词：煤岩力学；特征目前，煤岩抗压强度小、弹性模量小且裂缝发育等特征极易导致水平井钻井过程中井壁失稳问题[1-2]。
因此，亟需通过开展研究煤岩的力学特性解决井壁失稳问题。
1 煤层坚固性及岩石力学特征分析研究在一定温度和压力下，饱和了一定水分的煤岩岩石力学特性，需要进行室内岩石力学实验，以获取不同围压下煤岩抗压强度、波松比、弹性模量等参数的变化特征。
1.1 三轴应力下煤岩力学性质试验1.1.1 煤样制备与实验方法首先依据有关煤样加工和制备规程，将山西沁水某矿区的15号煤样加工成为圆柱状煤样（h=100.0mm，r=25mm）。
为了研究煤岩面割理在平行和垂直两个方向上的岩石力学性质差异，将制备好的煤样分成了A和B两个小组，每个小组各8个煤样。
1.1.2 实验结果在利用三轴应力测试装置测量煤岩岩石力学参数之前，需进行两天以上的饱和水处理，再测量不同围压情况下的煤岩石力学参数，具体实验结果见表1。
2 煤岩力学参数与围压的关系2.1 三轴抗压强度与围压的关系实验结果表明，对于平行面割理和垂直面割理煤样，其三轴抗压强度和围压是正比关系，具体数学关系式子为：P0=20+3.22s3（垂直面割理）；P0=23.5+2.5s3（平行面割理）。
基于以上数学关系式，可以得到以下结论：一般裂隙发育的煤岩，增加煤岩围压就会在垂直裂隙面上增加一个分应力分，从而增大了裂隙面间的摩擦力，进而抑制了裂隙面间滑移变形。
2.2 弹性模量与围压的关系弹性模量是指材料在弹性变形阶段，其应力和应变之比，是表征材料抵抗破坏能力的参数。
现分别对两组煤岩进行三轴岩石力学参数测量，得到垂直面割理和平行面割理的弹性模量和围压的关系图，见图1。
从上图可知，垂直面割理和平行面割理的弹性模量和围压的线性关系呈相反趋势。
岩石的力学特性及静态试验分析本文论述了岩石介质的受力破坏形态与强度，之后选取花岗岩进行静力学试验，将试验结果与理论分析进行比较，得出二者的一致性，并说明了二者存在差异的原因。
标签：岩石；力学特性；静态试验；强度1.岩石的力学特性1.1岩石的受力变形特性岩石在外力作用下产生变形，其变形按性质分为弹性变形和塑性变形，图是岩石典型的完整应力应变曲线。
根据曲率变化，可将岩石变形过程分为四个阶段：（1）微裂隙压密阶段。
岩石中原有的裂隙在荷载的作用下逐渐被压密，曲线呈上凹形，曲线斜率随应力增大而逐渐增大，表示微裂隙的变化开始较快，随后逐渐减慢。
A点对应的应力称为压密极限强度。
对于微裂隙发育的岩石，本阶段比较明显，但对于致密岩石而言，很难划出这个阶段。
（2）弹性变形阶段。
岩石的微裂隙进一步的闭合，空隙被压缩，原有的裂隙没有新的发展，也没有产生新的裂隙，应力应变基本上成正比关系，曲线近于直线，岩石变形以弹性为主。
B点对应的应力称为弹性极限强度。
（3）裂隙的发展和破坏阶段。
当应力超过弹性极限强度后，岩石中产生新的裂隙，同时已有裂隙继续发展，应变的增加速率超过应力的增加速率，应力应变曲线的斜率逐渐降低，并成曲线关系，体积变形由压缩转变为膨胀。
应力增加，裂隙进一步扩展，岩石局部破损，且破损范围逐渐扩大形成贯穿的破裂面，导致岩石破坏。
C点对应的应力达到最大值，称为峰值强度或单轴极限抗压强度。
（4）峰值后阶段。
岩石破坏后，经较大的变形，应力下降到一定程度开始保持常数，D点对应的应力称为残余强度。
岩石的变形性能一般用弹性模量和泊松比两个指标来表示。
弹性模量是在单轴压缩条件下，轴向压应力和轴向应变之比。
弹性模量越大，变形越小，说明岩石抵抗变形的能力越强。
岩石在轴向压力作用下，除产生轴向压缩外，还会产生横向膨胀。
这种横向应变与轴向应变之比，称为岩石的泊松比。
泊松比越大，说明岩石受力后的横向变形越大，岩石的泊松比一般都在。
1.2岩石的强度岩石的抗压强度：岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力。
浅谈煤系地层岩石的性质（六盘水市水城矿业（集团）公司大湾煤矿地质测量部贵州水城553036）中图分类号：p5 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2008）11-00摘要：由于各种岩石的破坏特性不同，因此沉积岩层中的工程结构物设计是很复杂的。
岩石的破坏不只是和原岩的变形有关。
沉积岩中含有层理面（通常本身含有接触面或其他剪切带）、断层、节理和其他不连续面。
这些都影响岩石，特别是较坚硬岩石的性质。
本文就这几点进行如下论述。
关键词：岩石断层节理解理虽然在煤系岩石中，剪切带是最重要的地质构造，但岩石还包含其他的构造。
这些构造会在很大程度上与煤矿地下结构物产生相互影响。
这些问题很难用一般的方法进行讨论。
但考虑它们之间的一些关系还是十分有用的。
在相对地未受干扰的煤系地层中，大多数断层是与垂直方向呈倾斜600～700的正断层。
这一部分是由于与煤系形成的沉积旋回有关的上翘曲和下翘曲造成的。
在发生侵蚀的地方，也可能出现与垂直方向成200～300的逆断层。
这两种类型的运动被地质学家分别命名为造陆运动和造山运动。
在英国煤系地层中，东部煤田一般未受扰动，而西部煤田特别是南威尔斯正处于海西尼（hercynian)造山运动阶段。
在这两种情况下，断层和所有其他构造一般都遵循这一主要运动形式。
因此，在英国东部主要煤田中，构造是由后石炭二叠纪运动决定的。
该运动造成了由走向北东、北西向狭窄的断裂背斜所切割的大面积浅盆地。
断层的工程意义是变化的，在正断层情况下，存在水沿断层面流动的可能性。
根据沿断层运动的程度，被剪切的地层可从简单的分离变化到主要断层剪切带并生层内剪切带。
因为造成剪切的最大主应力方向是垂直的，所以也可能在一些正断层附近存在有高的垂直应力和低的水平应力，它将导致巷道的破坏。
在长壁工作面开采时，因为从最经济的角度出发，工作面总是布置成平行于断层方向，而回采巷道总是紧靠断层带，所以巷道的破坏将会加剧。
然而正断层最主要的在于它的存在和它对矿井系统的影响。
浅谈煤炭勘察技术与煤系地层岩石性质特征本文就针对我国煤炭开采行业的现状进行分析，并论述目前在煤炭开采中常用的几种煤炭勘察技术，再结合科学、先进、合理的理念分析我国煤系地层岩石性质特征，以供相关的煤炭勘察、开采人员参考所用。
标签：煤炭勘察技术；煤系地层；岩石性质前言煤炭作为我国的主体能源之一，为保证煤炭企业发展，各种先进性勘察技术的应用也就成了必然的趋势。
我国煤炭资源资源分布广泛而不均衡，成煤周期长、成煤期多，聚煤盆地构造类型多样，构造复杂程度不一，开采技术条件复杂程度不一。
地形条件多样化，物性条件差异显著。
因此，必须采用不同的勘查方法，选择不同的勘查手段，进行地质综合研究，才能取得较好的勘探效果。
因此，建立科学、先进的煤系地层岩石性质征勘查体系，并采用具有新型理念的煤炭勘察技术，也成为了当前在煤炭开采行业中所面临的重点。
1 常用的煤炭勘察技术分析从我国煤炭开采行业的整体发展情况来看，我国煤炭勘察技术的整体水平还是处于国际先进地位的，而在实际的煤炭勘察开采中，较常应用的勘察技术主要包括有重磁电及地质雷达勘察技术、高分辨地震勘察技术、遥感勘察技术以及测进勘察技术四种。
1.1 重磁电及地质雷达勘察技术重磁电及地质雷达勘察技术包含有多种，目前在煤炭地质勘察中较常见的主要有：高精度重力勘察法、瞬变电磁勘察法、直流电勘察法、高精度勘察法、频率域电磁勘察法以及地质雷达勘察法等等。
通过重磁电及地质雷达勘察技术的应用，可以较为准确、快速地探测出褶曲、断裂、沉积盆地以及陷落柱等地质构造的情况，并对含水裂隙带、地下河、岩溶发育带等隐伏地质体或地质构造进行圈定。
此外，该勘察技术还可合理、充分地应用于对煤炭矿山采空区、空洞等异常体的勘查与判断当中。
1.2 高分辨地震勘察技术高分辨地震勘察技术主要是指利用高分辨二维地震、三维地震或是多波多分量地震等科学、有效的方法，对断层落差进行分析判断，并对煤层分叉合并区进行圈定。
此外，高分辨地震勘察技术还体现在判断岩浆岩对可采煤层的影响范围、陷落柱的分布情况、以及对奥陶系灰岩岩溶裂隙发育带的划分等方面。
浅谈煤系地层岩石的性质摘要：由于各种岩石的破坏特性不同，因此沉积岩层中的工程结构物设计是很复杂的。
岩石的破坏不只是和原岩的变形有关。
沉积岩中含有层理面（通常本身含有接触面或其他剪切带）、断层、节理和其他不连续面。
这些都影响岩石，特别是较坚硬岩石的性质。
本文就这几点进行如下论述。
关键词：岩石断层节理解理虽然在煤系岩石中，剪切带是最重要的地质构造，但岩石还包含其他的构造。
这些构造会在很大程度上与煤矿地下结构物产生相互影响。
这些问题很难用一般的方法进行讨论。
但考虑它们之间的一些关系还是十分有用的。
在相对地未受干扰的煤系地层中，大多数断层是与垂直方向呈倾斜600～700的正断层。
这一部分是由于与煤系形成的沉积旋回有关的上翘曲和下翘曲造成的。
在发生侵蚀的地方，也可能出现与垂直方向成200～300的逆断层。
这两种类型的运动被地质学家分别命名为造陆运动和造山运动。
在英国煤系地层中，东部煤田一般未受扰动，而西部煤田特别是南威尔斯正处于海西尼（Hercynian)造山运动阶段。
在这两种情况下，断层和所有其他构造一般都遵循这一主要运动形式。
因此，在英国东部主要煤田中，构造是由后石炭二叠纪运动决定的。
该运动造成了由走向北东、北西向狭窄的断裂背斜所切割的大面积浅盆地。
断层的工程意义是变化的，在正断层情况下，存在水沿断层面流动的可能性。
根据沿断层运动的程度，被剪切的地层可从简单的分离变化到主要断层剪切带并生层内剪切带。
因为造成剪切的最大主应力方向是垂直的，所以也可能在一些正断层附近存在有高的垂直应力和低的水平应力，它将导致巷道的破坏。
在长壁工作面开采时，因为从最经济的角度出发，工作面总是布置成平行于断层方向，而回采巷道总是紧靠断层带，所以巷道的破坏将会加剧。
然而正断层最主要的在于它的存在和它对矿井系统的影响。
在采矿工程中逆断层具有更重要的影响，因为它们主要是由水平方向最大应力造成的。
按其性质和必须克服高的被动垂直应力，这一水平应力必须很大，其比值可以通过考虑在兰金被动条件下，当бh/бv=3,而ø=300时的破坏来说明，此时的岩石强度最低。
煤矿岩石物理力学性质分析本文通过对岩石物理力学性质的全面试验分析研究，得到岩石基本物理力学性质参数以及岩石在干燥状态下、自然状态下、饱和状态下的单轴抗压强度，及软化系数，弹性模量和泊松比。
试验结果表明含水量对岩石的抗压强度有着很重要的影响，吸水后的抗压强度明显低于自然状态下的抗压强度，弹性模量和泊松比与抗压强度有着一定的关系。
标签：岩石；物理性质；力学性质1 前言目前各项经济建设事业取得了极大的发展，同时，也遇到了许多与工程地质及岩土力学密切相关的技术难题。
如特殊的区域性构造地质、松散破碎复杂岩基、高地应力作用下的软岩、水工隧洞群之间的相互受力作用、高陡岩坡的持续稳定等等工程建设中遇到的十分突出的问题。
岩石是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定規律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。
掌握岩石物理力学性质，对我们更好的研究岩石带给人们的利与弊是很有益处的[1，2]。
岩石在煤矿的开采过程中起着非常重要的作用，在煤矿开采检查井中，岩石的物理力学性质的数据是工程有效进行的必备数据，本文通过辽宁某煤矿勘察煤层顶底板煤样进行物理力学性质试验分析研究，为后续开采提供有力的数据支持。
2 试验样品、仪器和内容将岩石试样加工成φ50*100mm的圆柱体标准试件，直径允许变化范围为48～52mm，高度允许变化范围95～105mm。
试件两端面不平行度不应大于0.05mm。
把试件放在水平检测台上，边移动边用百分表测定试件的高度，其最大值和最小值的偏差应控制在0.05mm以内。
试件上下端直径偏差不应大于0.3mm。
轴向偏差不应大于0.25。
2.2试验仪器液压式万能试验机WE-10B。
测量范围0-100kN，精度±1%。
静态电阻应变仪YJ-35。
2.3物理性质试验岩石物理性质包括颗粒密度、块体天然密度、块体干燥密度、含水率、吸水性试验。
a.颗粒密度采用水中称量法。
b.块体密度采用量积法。
c.含水率试验：取保持天然含水状态，尺寸大于组成岩石最大矿物颗粒直径的10倍，且质量不少于50g的三个试件，在105-110℃的烘箱内烘干24h后冷却至室温。
煤岩地层岩石的力学特性分析摘要：煤岩地层岩石的力学特性包括变形特征和强度特征。
本文对煤岩的力学特性进行了系统的分析，探讨了岩石试件在各种载荷作用下的变形规律和开始破坏时的最大应力（强度极限）以及应力与破坏之间的关系，为煤矿的开采和煤层气的开发提供理论依据。
关键词：煤岩力学特性变形特征强度特征1、煤岩的结构构造特征岩石的组成成分、结构构造特征造成了岩石物质成分的非均质性、物理力学性质的各向异性和结构构造的不连续性。
这是区别于其他力学材料的最突出特征，而煤岩层的这些特征尤为显著。
煤岩的非均质性和各向异性突出表现在其组成成分在同一煤层中纵向（垂直层理）和横向不同方向和深度上的差异，以及在其生成过程中所形成的明显层状构造和孔隙结构所体现出的差异。
通常煤岩中存在有两组近于垂直的割理，主要裂隙组面割理发育较完善延伸可至数百米，而端割理发育在面理之间，沟通了面割理。
两组割理与层理面近于垂交或陡角相交。
由于煤岩层状构造发育，空隙结构特殊，构造作用对后期的改造或产生裂隙，都充分体现出了煤岩结构构造的不连续性。
2、煤岩地层岩石的强度特征2．1单轴压缩条件下煤岩的强度特征对鲍店矿3煤31个煤样和新河矿3煤48个煤样在MTS815.03岩石伺服试验机上采用s15-⨯的轴向应变加载速度进行10mm/单轴压缩试验(加载方向均垂直于煤层层面),得出的详细力学参数见论文第3章表.33和.34,结果汇总在表4.1中。
煤岩强度较低且离散性大的原因除与试验条件、取样制样技术等外在因素有关外,第2章的研究结果表明,主要与其微组分、微孔隙裂隙、微结构等内在因素有关。
对煤岩单轴抗压强度的试验结果表明,煤岩强度与其容重、空隙率、含水率、煤体结构以及煤岩变质程度等有关。
具体来讲,煤块的单轴抗压强度随其容重的增加而增加;随其孔隙率的增加而减小;煤体节理裂隙越发育,其强度越低;受火成岩影响,煤的变质程度越高,其强度越高。
2．2三轴压缩条件下煤样的强度特征岩石在三轴压缩条件下的最大承载能力称三轴极限强度或三轴压缩强度氏,恒定围压下岩样破坏后,应力应变曲线中不随压缩变形增大而变化的轴向应力称残余强度氏。
煤样中含有大量的裂隙,其变形将受到摩擦力的影响,而裂隙面上的正应力与围压有关,增加围压,相当于增加了裂隙面上的正应力,裂隙面的滑移受到增大了的摩擦力的抑制而减小,因而提高了煤样的极限强度。
因此,煤样的三轴压缩强度σ和残余强度sσ均随围压的增大而增大。
图4.12和图4.13分别为鲍店矿3 r煤和新河矿3煤常规三轴压缩强度和残余强度与围压关系试验结果。
可以看出,煤样三轴强度及残余强度均与围压呈近似正线性相关关系。
3煤岩地层岩石的变形特征3.1单轴压缩条件下煤岩的变形特征煤岩的弹性模量也与其单轴抗压强度一样,与煤样的微组分!微结构等密切相关,具体与其物理性质有关,如煤岩的孔隙率、含水率、煤体结构等。
煤岩孔隙率、含水率愈高,煤岩弹性模量愈小,煤岩孔隙裂隙越发育,其弹性模量越小。
另外,本次试验结果还表明,对于同一种煤岩,虽然其强度和弹性模量离散性较大,但两者之间具有明显的正线性相关性。
图4.1为两矿3煤煤样单轴抗压强度与弹性模量之间关系的实测结果,由图可见,煤岩单轴抗压强度与弹性模量之间总体上呈线性相关关系。
两矿3煤弹性模量与其单轴抗压强度实测结果的回归关系式分别为:鲍店矿3煤:E=89.865σ+1285.5(相关系数0.832)(4.1)c新河矿3煤:E=87.398σ+1002.9(相关系数0.813)(4.2)c3.2单轴压缩条件下煤岩变形破坏演化过程为了分析煤样内部裂隙的产生、发展、连通等演化及破坏过程,在进行单轴压缩试验时,对部分煤样同时进行了煤岩压缩破坏过程的声发射试验。
岩石在载荷作用下产生的声发射主要和其内部裂纹的产生、扩展和连通有关。
当岩石受力变形时,岩石中原来存在的和新产生的裂缝周围出现应力集中,应变能较高,当外力增加到一定大小时,在裂隙缺陷位置发生了微观屈服或变形,裂隙扩展,从而使得应力松驰,一部分贮存的能量将以应力波(声波)的形式释放出去,形成声发射。
声发射时能量的释放代表了损伤的产生,声发射的强弱代表了损伤的程度"所以,声发射信息能够反映岩石内部的损伤破坏情况。
反映声发射特性的参数有多个,本文采用声发射率和能率两个参数来分析煤样压缩变形破坏过程中的声发射特性"声发射率CNT(N/S)为单位时间内所观测到的振铃计数,也称振铃记数率,声发射率反映了声发射发生的频度,同时在一定程度上反映了声发射信号的幅度,因而涉及声发射能量152〕;声发射能率ENE(mV)是指单位时间内所观测的全部事件的发射能的总和,与所观测到的事件所在波形的幅度值的平方成正比,反映了声发射的强弱。
煤、岩压缩破坏过程的声发射试验方法见论文第7章7.1,鲍店矿3煤和新河矿3煤典型煤样单轴压缩全应力应变过程中的声发射试验结果见图4.2、4.3。
从煤样单轴压缩全应力应变曲线和相应的声发射试验结果可以看出,一般情况下,煤岩受压变形破坏演化过程可划分为如图.44所示的五个阶段。
(1)OA段为压密阶段"煤体中含有大量的孔隙!裂隙!层理!节理等缺陷,在载荷作用下,这些缺陷被压密闭合,表现在应力应变曲线上,OA段曲线向上凹,应变速率大于应力速率。
由于煤体强度比较低,孔隙裂隙闭合时,粗糙的壁面附件的部分煤体会发生变形和微破裂,从而引起声发射的产生,不过该阶段声发射频率较小且能量较低。
(2)AB段为表观线弹性变形阶段。
从宏观上讲,该阶段近似为线弹性,应力一应变曲线呈线性连续,但从微观上看,煤体的变形和破裂是非连续的、阵发性的,因此,煤体变形和破裂过程中产生的声发射也是阵发性的,而不是连续性的。
只有当煤体中的变形能聚积到一定程度,才能引起破裂,而每一次的破裂均会引起弹性能的释放,产生声发射。
当煤体中裂纹尖端附近的能量不足以引起微裂纹继续扩展时,裂纹扩展中止,煤体中继续积累能量,此过程声发射平静。
在该阶段,煤体中的变形大部分为可逆变形,卸载后大部分变形会将恢复,但仍有一小部分残余变形,即存在小部分塑性变形,这是由于颗粒之间和颗粒内部的位错滑移等造成的,因此,该阶段严格来讲不是线弹性变形,可称为表观线弹性变形阶段。
在该阶段,煤体微破裂随变形增大呈逐步增强趋势,声发射频率和强度总体上也呈逐步增强趋势。
中硬的新河矿3煤该阶段声发射率及能率呈现典型的脉冲式逐渐增强趋势;而坚硬致密的鲍店矿3煤该阶段声发射相对沉寂,只出现了数量较少。
强度较低但也是逐渐增强的声发射现象,说明在该阶段只出现了数量较少。
尺度较小的裂隙,这与坚硬岩石在该阶段的声发射特性类似。
(3)BC段为加速非弹性变形阶段,经过表观线弹性变形阶段后,煤体中开始出现了数量较多和尺度较大的裂纹,使煤体的承载能力降低,该阶段中煤体积累了足够的能量,变形开始加速,载荷上升相对较缓慢,煤体中产生的大量微裂纹汇合、贯通,并最终发生破坏失稳。
在该阶段后期,即使保持载荷不变,煤体也会发生变形。
该阶段声发射事件数急剧增加,能率急剧增大。
部分煤样声发射事件率及能率峰值出现在该阶段强度峰值附近。
(4)CD段为破裂及其发展阶段。
煤体失稳破坏后,应力逐渐降低,变形增大,裂隙加密贯通,此时声发射事件数很大且能率很高,大部分煤样的声发射率及能率最大值出现在该阶段的强度峰值附近。
继续加载,煤体处于残余破碎或碎块体挤压变形过程,声发射率逐渐减少,且能率逐步降低。
(5)DE段为塑性流动阶段。
随着塑性变形的持续发展,煤体最终达到松动、破碎的残余强度阶段,此阶段声发射事件逐渐消失。
可见,煤体的受压变形破坏过程与其内部原生裂隙的压密,新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程密切相关,其声发射特征较好地反映了煤岩体的变形破坏和损伤演化特性。
因此,可以通过煤岩压缩破裂过程中的声发射特征预测其变形破坏状态。
单轴压缩条件下,岩石的实际破坏形式较复杂。
本次试验结果表明,煤样最终的破坏均是呈现沿轴向或接近轴向的劈裂破坏形式。
图4.5为部分煤样在单轴压缩条件下的破坏形态。
3.3常规三轴压缩条件下煤岩的变形特征3.3.1试验方法及煤样条件(l)试验方法煤样常规三轴压缩试验在山东科技大学MTss15.03岩石伺服试验机上进行。
采用先加围压至预定值,再以s10⨯5.15-/mmmm/的轴向应变速度加载至煤样破坏的试验方法。
(2)煤样条件三轴试验采用的煤样与单轴试验相同,为鲍店矿3煤和新河矿3煤"因三轴压缩需对比分析不同围压作用下的强度及变形特征,为减少盲目试验和尽可能降低因煤样力学参数离散性对试验结果的影响,试验前对两种煤岩同时加工了大量煤样,最后从两矿煤中各选取相邻位置两个大块煤上加工的且纵波速度相近!表面无明显缺陷的8个煤样参与三轴压缩试验。
由于两矿3煤煤样的纵波速度与其单轴抗压强度之间具有很强的指数关系,根据第3章回归得出的煤样力学参数与纵波速度的回归关系及实测的超声波速度可以预计煤样的单轴抗压强度及弹性模量,参与三轴压缩试验的煤样条件见表.42。
鲍店矿3煤和新河矿3煤常规三轴压缩条件下的主应力差一轴向应变曲线分别见图.46和.47,试验结果的特征数值分别见表.43和.44"4.2.2三轴压缩条件下煤岩的变形破坏过程由图4.6、4.7可见,同单轴压缩应力应变过程类似,煤岩三轴压缩变形破坏过程也可分为5个阶段:压密阶段、表观线弹性变形阶段、加速非弹性变形阶段、破裂及发展阶段、塑性流动阶段。
煤岩是一种微观不均质体,含有大量的各种各样的天然缺陷(如微孔隙、裂隙、层理、节理等),在每一级围压下,在开始施加轴向压力时,煤岩内部缺陷被压密,部分孔隙裂隙闭合,煤样中的孔隙比减小,应力应变曲线上凹,但在较大的围压作用下,煤样中的微缺陷已在很大程度上被压密闭合,轴向加载时初始压密阶段显得不明显。
继续增加轴向载荷,煤样稳定承载,表现为相对明显的线弹性,正如前面所分析的,本阶段并非严格意义上的线弹性,也称为表观线弹性变形阶段。
之后,增加轴向应力,变形继续增加,煤样中开始出现新的裂隙,并随着应力增加裂隙的数量及尺度逐步增加,大量的裂隙开始连接贯通,最终使煤样承载结构失稳,并沿一定结构面发生剪切滑移,产生贯通的宏观裂隙,煤样失去承载能力,应力应变曲线转为下降,进入破裂发展阶段,裂隙加密贯通,并逐渐发展到煤体残余破碎或破碎块体挤压变形阶段,随着塑性变形的持续发展,煤岩最终达到松动!破碎的残余强度。
参考文献1、《岩石力学与石油工程》，楼一珊、金业权编著2、《煤岩力学性质测试与分析与应用》李同林乌效鸣屠厚泽(中国地质大学工程学院,武汉430074)3、《煤岩强度、变形及微震特征的基础试验研究》，山东科技大学博士学位论文常规三轴压缩条件下煤岩强度及变形特征试验研究，杨永杰。
