不同含水率下煤岩弹性模量变化实验分析

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1、不同含水率下煤岩弹性模量变化实验分析岑朝正CENChao-zheng；蒋永芳JIANGYong-fang；蒋朝军JIANGChao-jun（河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，许昌461000）摘要：煤岩体内通常含有一定的水份，由于煤岩体所处地质环境的差异，会造成煤岩体含水量不同，进而影响煤岩体的弹性模量。为了解不同含水率下煤岩体弹性模量变化规律，实验采取新密矿区煤样，通过在RMT-150B岩石力学试验装置上对浸泡前后煤样进行三轴应力加载实验，得出浸泡前后煤样的弹性模量变化，进而根据水与煤样之间的作用关系，分析了引起煤

2、岩弹性模量变化的原因。实验结果显示经过浸泡后煤样的弹性模量降低，并且含水率增加越大，弹性模量降低越大。分析认为煤样弹性模量降低主要是由于水的存在是使颗粒之间原有的胶体连结变成了水胶连结，降低了颗粒之间的连结力，使颗粒之间的摩擦力减小，起到润滑作用，煤岩抵抗变形能力减小。.jyqkm×50mm的煤芯共16块，其中8块先进行不加水的岩石力学实验，当加载到一定程度时（此时不能让煤岩到塑性阶段），进行卸载，然后将煤样浸泡，测试含水量，进行含水情况下岩石力学实验，另外8块备用。在进行常规三轴加载试验时，首先对煤样的尺度以及质量进行测

3、定，将煤岩样放置好以后在静水压力σ1=σ2=σ3条件下，设置围压速率为0.5MPa/s，加载到5MPa保持压力不变，然后以位移控制模式0.0050mm/s施加轴向载荷同时对应力-应变数据进行记录，根据记录数据进行判断，当煤岩变形阶段达到弹性变形阶段后期时，停止加载，取出煤样，然后将煤样在清水中浸泡两天；对浸泡过的煤样进行质量测定以后，重新放置在应力加载装置上进行应力-应变测定，并对测定结果进行记录。3实验结果及分析3.1实验结果通过进行浸泡前后煤岩样质量的测定以及加载过程中应力-应变实验数据的记录，根据弹性模量的计算原理，

4、对不同煤样的弹性模量进行了计算，其中计算结果如表1所示。根据测试结果绘制了煤岩弹性模量减小率随含水率变化趋势线图如1所示。根据测试结果可以看出来煤岩弹性模量变化率随含水率变大而变大，并且相关系数为0.6091，相关性比较好，规律性比较强。所以，对于同一区域煤岩，弹性模量变化率与含水率呈正相关关系。3.2实验分析3.2.1水对煤岩的作用方式存在煤岩中的水按照赋存状态分，可以分为结合水和自由水。按照不同赋存状态水对煤岩作用机理的不同，可以将水与煤岩的作用方式分为，结合水的连结作用、润滑作用、水楔作用和自由水的水压作用以及溶蚀作

5、用。对于浸泡后的煤样，起作用的主要是结合水。3.2.2水对煤岩弹性模量的影响机理水对煤岩弹性模量的影响主要表现为结合水的影响。颗粒间的胶结作用远远大于颗粒之间由水产生的连结作用，所以水的连结作用可以忽略不计。在煤岩样浸泡的过程中，由于水分子的自由运动，不断进入煤岩颗粒之间以及煤岩颗粒内部，致使煤岩本身的一些可溶性盐溶解，使煤岩颗粒间由可溶性盐胶结变成水胶结，致使颗粒之间的胶结作用降低，胶结力减小，同时水的存在对颗粒之间的运移以及颗粒内部物质的移动起到了一定的润滑作用。煤岩弹性模量的大小反映了弹性变形阶段，煤岩抵抗变形能力的

6、大小。在弹性变形阶段，煤岩主要是发生颗粒间的运移以及颗粒内部孔裂隙的减小。在颗粒发生运移时由于水的溶解作用以及润滑作用，使颗粒之间的连结力以及摩擦力大大减小，同时在颗粒本身发生变形时，由于连结作用的减小，也会时颗粒容易发生变形。所以，在颗粒发生变形以及运移的时候，煤岩会在较小的应力作用下，发生较大的变形量，使煤岩抵抗变形的能力减小，使弹性模量减小。根据实验数据可以看出来弹性模量降低率随含水率变大而变大，但是弹性模量的变化率并不是随含水率变大无限制的变大的。颗粒之间的润滑作用随着含水率的变大，逐渐增强，增加到一定值，达到饱和

7、后，不再增大。溶解作用随着含水率的变大，逐渐增强，含水越多溶解越充分，煤样弹性模量降低越多，只是降低幅度越来越小。4结论通过对不同含水率的煤岩样进行弹性模量测试试验，根据测试结果对浸泡前后煤岩的弹性模量进行对比，并分析水对煤岩样的作用机理可以得出如下结论：①在一定条件下，煤岩弹性模量变化率随含水率变大而变大，并且规律性明显。②煤岩弹性模量降低主要是由于结合水使煤岩内部的可溶性盐溶解，由可溶性盐胶结变成了水胶结，降低煤岩颗粒之间的连结力，同时还起到润滑作用。③在实验分析过程中未考虑煤岩孔裂隙发育情况以及煤体结构等因素的影响，

8、在以后的工作中，应增加这方面的细化研究。..