【摘 要】
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煤与瓦斯突出过程中,能量的耗散主要表现为煤的破碎及抛出,尤以破碎为主。目前基于落锤法获得破碎能量的方式表现出较大的误差,因此更准确获得煤破碎能量的方法应基于断裂韧性试验,但由于煤是一种复杂的地质材料,断裂韧度不易测定,而在煤的破碎过程中,颗粒的表面积易于计算。因此,本文以大理岩、砂岩、非突出原煤和突出原煤为研究对象,利用AG-250k N IS试验机和球磨机,分别对中心直裂纹半圆盘（NSCB）试样
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（51674049）《基于煤结构的煤瓦斯突出能量耗散机制及突出发生条件研究》
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煤与瓦斯突出过程中,能量的耗散主要表现为煤的破碎及抛出,尤以破碎为主。目前基于落锤法获得破碎能量的方式表现出较大的误差,因此更准确获得煤破碎能量的方法应基于断裂韧性试验,但由于煤是一种复杂的地质材料,断裂韧度不易测定,而在煤的破碎过程中,颗粒的表面积易于计算。因此,本文以大理岩、砂岩、非突出原煤和突出原煤为研究对象,利用AG-250k N IS试验机和球磨机,分别对中心直裂纹半圆盘（NSCB）试样和1-2 mm/0.425-1 mm两种粒径试样进行三点弯曲试验和研磨破碎试验,运用断裂力学和岩石破碎学,结合理论分析及室内试验,研究了煤岩Ⅰ型断裂韧度与破碎后新增表面积的关系。主要研究成果如下:（1）采用2014年ISRM建议用NSCB试样测定岩石及其它岩土材料断裂韧度的方法,利用AG-250k N IS试验机,对大理岩、砂岩、非突出原煤和突出原煤进行了三点弯曲断裂试验,计算得到了四种试样的断裂韧度,分别为1.26 MPa·m1/2、0.82 MPa·m1/2、0.31 MPa·m1/2和0.12 MPa·m1/2。（2）综合分析载荷-位移曲线及试验后的NSCB试样可以发现,大理岩、砂岩、非突出原煤和突出原煤都经历了孔隙压密-线弹性-峰后跌落三个阶段,且四种试样均是从预制裂纹尖端一侧开始起裂,并逐渐扩展至加载端,此外裂纹扩展路径总体上与预制裂纹所在直线重合。（3）利用球磨机对1-2 mm/0.425-1 mm两种粒径的四种试样进行研磨破碎试验,经筛分处理,计算并绘制了四种试样各级粒径颗粒质量百分比和表面积百分比变化曲线。通过对比分析得出,各级粒径颗粒变化曲线总体上呈现相似的规律,且粒径小于0.075 mm的颗粒表面积百分比均最大。（4）运用断裂力学和岩石破碎学,从理论上分析得出了断裂韧度的二次方与破碎后新增表面积的倒数成正比。又通过试验数据拟合发现,1-2 mm/0.425-1 mm两种粒径试样破碎后,断裂韧度的二次方与新增表面积的倒数均呈很好的正比关系,其相关系数R~2分别为0.974和0.878,这一试验结果与理论分析相符合。（5）由于煤是一种复杂的地质材料,断裂韧度不易测定,基于上述研究结果,可以用易于进行的研磨试验获得破碎后的新增表面积来估算煤的断裂韧度,以此来获得煤破碎能量,为进一步理解突出过程中的能量耗散提供试验依据。
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