创新人才推进计划的首批入选对象

根据《创新人才推进计划实施方案》规定，科技部对地方和相关部门推荐的创新人才推进计划中青年科技创新领军人才、科技创新创业人才、重点领域创新团队和创新人才培养示范基地进行了专家评议，共产生了140名中青年科技创新领军人才、64名科技创新创业人才、46个重点领域创新团队和18个创新人才培养示范基地，拟作为入选对象。 中青年科技创新领军人才拟入选对象名单——140名 姓 名 所 在 单 位 职 称 郑南峰 厦门大学 教授 宋延林 中国科学院化学研究所 研究员 谢 毅 中国科学技术大学 教授 苏成勇 中山大学 教授 陈 军 南开大学 教授 冷劲松 哈尔滨工业大学 教授 蒋成保 北京航空航天大学 教授 刘加平 江苏省建筑科学研究院有限公司 高级工程师 陆延青 南京大学 教授 范景莲 中南大学 教授 华卫琦 烟台万华聚氨酯股份有限公司 研究员 王 强 东北大学 教授 何 耀 苏州大学 教授 贾德昌 哈尔滨工业大学 教授 郭朝晖 中国钢研科技集团有限公司 教授 朱广山 吉林大学 教授 张献明 山西师范大学 教授 严永刚 四川国纳科技有限公司 教授 王齐华 中国科学院兰州化学物理研究所 研究员 陈继涛 青海泰丰先行锂能科技有限公司 教授 李桂鹏 宁夏东方钽业股份有限公司 高级工程师 朱永官 中国科学院城市环境研究所 研究员 王利兵 湖南出入境检验检疫局检验检疫技术中心 研究员 王东晓 中国科学院南海海洋研究所 研究员 冯新斌 中国科学院地球化学研究所 研究员 万师强 河南大学 教授 陈焕文 东华理工大学 教授 许国仁 哈尔滨工业大学 教授 王 凡 中国科学院海洋研究所 研究员 崔丽娟 中国林业科学研究院 研究员 宋永会 中国环境科学研究院 研究员 刘建国 中国科学院合肥物质科学研究院 研究员 张 兵 中国城市规划设计研究院 教授 于卫东 国家海洋局第一海洋研究所 研究员 曹一家 湖南大学 教授 邱利民 浙江大学 教授 尧命发 天津大学 研究员 黄 和 南京工业大学 教授 黄 飞 华南理工大学 教授 王伟胜 国家电网公司 高级工程师 陈海生 鄂尔多斯市东胜区大规模储能技术研究所 研究员 胡志岩 英利集团有限公司 高级工程师 陈化兰 中国农业科学院哈尔滨兽医研究所 研究员 黄三文 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 研究员 张友军 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 研究员 金勇丰 浙江大学 教授 郭文武 华中农业大学 教授 任 军 江西农业大学 教授 韦革宏 西北农林科技大学 教授 向文胜 东北农业大学 教授 严小军 宁波大学 研究员 李海燕 吉林农业大学 教授 舒鼎铭 广东省农业科学院 研究员 吴义强 中南林业科技大学 教授 朱 艳 南京农业大学 教授 白跃宇 河南省动物卫生监督所 研究员 陈历俊 北京三元食品股份有限公司 高级工程师 王继华 云南省农业科学院 研究员 陈凤祥 安徽省农业科学院 研究员 杨 洲 华南农业大学 教授 汤继华 河南农业大学 教授 梁 峻 大连獐子岛渔业集团股份有限公司 高级工程师 颜 宁 清华大学 教授 宋尔卫 中山大学 教授 聂勇战 中国人民解放军第四军医大学 教授 宋保亮 中国科学院上海生命科学研究院 研究员 夏 昆 中南大学 研究员 李晓明 浙江大学 教授 康九红 同济大学 教授 罗凌飞 西南大学 教授 张 烜 中国医学科学院北京协和医院 教授/主任医师 黄 波 中国医学科学院基础医学研究所 教授 史春梦 中国人民解放军第三军医大学 教授 张 宁 天津医科大学 教授 胡志斌 南京医科大学 教授 杨黄浩 福州大学 教授 徐 浩 中国中医科学院 主任医师 俞 飚 中国科学院上海有机化学研究所 研究员 张 军 厦门大学 教授 曾绍群 华中科技大学 教授 张丽华 中国科学院大连化学物理研究所 研究员 邢婉丽 博奥生物有限公司 研究员 汤亚杰 湖北工业大学 教授 李长贵 中国食品药品检定研究院 研究员 杨其峰 山东大学 教授 陈 翔 中南大学 教授 唐 卓 中国科学院成都生物研究所 研究员 李卫华 上海市计划生育科学研究所 研究员 方 忠 中国科学院物理研究所 研究员 封东来 复旦大学 教授 张 旭 四川大学 教授 丁 雷 中国科学院上海技术物理研究所 研究员 刘冰冰 吉林大学 教授 赵 勇 山东量子科学技术研究院有限公司 / 张 靖 山西大学 教授 陈小伟 中国工程物理研究院总体工程研究所 研究员 孙泽洲 中国航天科技集团公司中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部 研究员 邾继贵 天津大学 教授 单忠德 机械科学研究总院 研究员 杨灿军 浙江大学 教授 韩建达 中国科学院沈阳自动化研究所 研究员 夏长亮 天津大学 教授 熊继军 中北大学 教授 周建庭 重庆交通大学 教授 赵玉龙 西安交通大学 教授 张江涛 中国计量科学研究院 研究员 王社权 株洲钻石切削刀具股份有限公司 高级工程师 马云翔 中国船舶重工集团公司第七〇三研究所 研究员 马玉山 吴忠仪表有限责任公司 高级工程师 高西奇 东南大学 教授 李成名 中国测绘科学研究院 研究员 冯 丹 华中科技大学 教授 莫则尧 北京应用物理与计算数学研究所 研究员 王国胤 重庆邮电大学 教授 郑庆华 西安交通大学 教授 张艳宁 西北工业大学 教授 石晶林 中国科学院计算技术研究所 研究员 赵红卫 中国铁道科学研究院 研究员 卢 凯 中国人民解放军国防科学技术大学 研究员 钟茂华 中国安全生产科学研究院 研究员 刘 宏 北京大学深圳研究生院 教授 宋 波 公安部天津消防研究所 研究员 刘纪平 中国测绘科学研究院 研究员 余正涛 昆明理工大学 教授 郜春海 北京交控科技有限公司 研究员 李先贤 广西师范大学 教授 肖佐楠 苏州国芯科技有限公司 高级工程师 刘迪军 电信科学技术研究院 高级工程师 赵宇航 上海集成电路研发中心有限公司 研究员 肖文交 中国科学院新疆生态与地理研究所 研究员 谢树成 中国地质大学（武汉） 教授 杨进辉 中国科学院地质与地球物理研究所 研究员 曾令森 中国地质科学院地质研究所 研究员 刘建妮 西北大学 教授 陶春辉 国家海洋局第二海洋研究所 研究员 李海波 中国科学院武汉岩土力学研究所 研究员 梁卫国 太原理工大学 教授 王宝善 中国地震局地球物理研究所 研究员 雷建设 中国地震局地壳应力研究所 研究员 曾志刚 中国科学院海洋研究所 研究员 重点领域创新团队拟入选对象名单——46个 团 队 名 称 团 队 负责人 依 托 单 位 航天催化新材料研究创新团队 张 涛 中国科学院大连化学物理研究所 半导体低维量子结构与器件技术创新团队 张 荣 南京大学 新兴有机平板显示的材料与器件创新团队 王利祥 中国科学院长春应用化学研究所 甲醇制烯烃创新团队 刘中民 中国科学院大连化学物理研究所 高分子材料成型及模具创新团队 申长雨 郑州大学 光催化重点领域创新团队 王心晨 福州大学 金属熔体分散处理高技术创新团队 张少明 北京有色金属研究总院 半导体照明技术创新团队 江风益 南昌大学 稀土湿法冶金与轻稀土应用创新团队 李 梅 内蒙古科技大学 村镇建筑材料创新团队 王武祥 中国建筑材料科学研究总院 海洋动力过程与气候创新团队 吴立新 中国海洋大学 中亚干旱区生态与环境研究创新团队 陈 曦 中国科学院新疆生态与地理研究所 数值预报创新团队 沈学顺 国家气象中心 重金属污染防治创新团队 柴立元 中南大学 含大规模分布式能源的复杂电网规划运行优化理论与方法创新团队 王成山 天津大学 水稻种质创新和超级稻分子育种创新团队 钱 前 中国水稻研究所 植物病毒与病害防控创新团队 陈剑平 浙江省农业科学院 绿色农药与有害生物控制创新团队 宋宝安 贵州大学 果蔬加工与质量安全创新团队 单 杨 湖南省农业科学院 农业生物多样性利用与保护创新团队 李成云 云南农业大学 退化及污染农田修复创新团队 曾希柏 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 心脑保护转化医学研究创新团队 熊利泽 中国人民解放军第四军医大学 呼吸与肺循环疾病防治研究创新团队 王 辰 卫生部北京医院 肿瘤干细胞研究创新团队 卞修武 中国人民解放军第三军医大学 脑血管病防治研究创新团队 王拥军 首都医科大学附属北京天坛医院 免疫系统的形成与疾病的关系研究创新团队 徐安龙 中山大学 面向重大民生问题的转化医学研究创新团队 王 俊 深圳华大基因研究院 中药资源创新团队 黄璐琦 中国中医科学院 植介入医疗器械的生物力学与力生物学创新团队 樊瑜波 北京航空航天大学 沉香等珍稀南药诱导形成机制及产业化技术创新团队 魏建和 中国医学科学院药用植物研究所海南分所 量子信息及其物理基础创新团队 孙昌璞 北京计算科学研究中心 金融数学创新团队 吴 臻 山东大学 爆炸冲击效应与工程防护创新团队 王明洋 中国人民解放军理工大学 精密、特种加工与微制造创新团队 贾振元 大连理工大学 高速铁路轨道技术创新团队 叶阳升 中国铁道科学研究院 桥梁长期性能与安全可靠性研究创新团队 张劲泉 交通运输部公路科学研究所 重型锻压装备与工艺创新团队 吴生富 中国第一重型机械集团公司 基础软件技术创新团队 梅 宏 北京大学 电子服务基础技术创新团队 吴朝晖 浙江大学 网络化协同空管系统创新团队 张 军 北京航空航天大学 云服务平台技术创新团队 孙林夫 四川省现代服务科技研究院 海洋卫星遥感技术创新团队 毛志华 国家海洋局第二海洋研究所 卫星测绘关键技术创新团队 唐新明 国家测绘局卫星测绘应用中心 列车网络控制与信息系统创新团队 冯江华 株洲南车时代电气股份有限公司 煤矿水害超前探测预警及快速救援科技创新团队 张文栋 太原理工大学 西藏地质背景与成矿作用研究创新团队 刘鸿飞 西藏自治区地质调查院

颜志丰1 琚宜文1 侯泉林1 唐书恒2

(1.中国科学院研究生院地球科学学院 北京 100049 2.中国地质大学(北京)能源学院 北京 100083)

摘要:为模拟研究煤储层水力压裂效果，对煤样进行了饱水条件下的常规单轴压缩试验和声发射测试。对结果进行分析表明:在常规单轴压缩条件下，煤在平行层面上其力学性质具有方向性差异，平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多，其弹性模量也大得多。煤样在垂直面割理方向弹性模量E随着单轴极限抗压强度σc的增加而增加，相关性较高，平行面割理方向弹性模量E随着抗压强度的增高而增高，但离散性较大。在单轴压缩条件下煤样变形破坏表现出的全应力—应变曲线形态大体可以概括为3种类型。

关键词:单轴压缩试验 力学性质 各向异性 饱和含水率 割理

基金项目: 国家自然科学基金项目 ( No. 41030422; 40972131) ; 国家重点基础研究发展规划 ( 973) 课题( No. 2009CB219601) ; 国家科技重大专项课题 ( 2009ZX05039 － 003) ; 中国科学院战略性先导科技专项课题( XDA05030100) ; 河北工程大学博士基金课题。

作者简介: 颜志丰，1969 年生，男，河北邯郸人，博士后，长期从事能源地质和构造地质研究。Email: yanzf@ gucas. ac. cn。

Uniaxial Mechanical Test of Water-saturated Coal Samples in Order to Simulate Coal Seam Fracturing

YAN Zhifeng1JU Yiwen1HOU Quanlin1TANG Shuheng2

( 1. College of Earth Science，Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049 2. School of Energy Resources，China University of Geosciences ( Beijing) ，Beijing 100083 China)

Abstract: In order to simulate effect of hydraulic fracturing in coal reservoir，conventional uniaxial compres- sion test and acoustic emission test on the water-saturated coal samples were hold. The results showed that the me- chanical properties in parallel to the level of coal have directional difference. Under the conditions of conventional uniaxial compression. The uniaxial limit compressive strength in direction parallel to the face cleat is much larger than it in the vertical，so is the elastic modulus. The elastic modulus of coal increased with the increasing of com- pressive strength，however it is higher correlation in the direction of vertical face cleat，but a larger dispersion in parallel. The complete stress-strain curve shape showed by deformation of coal samples under uniaxial compression can be roughly summarized as 3 types.

Keyword: uniaxial compression test; mechanical properties; Anisotropy; saturated water content; cleat

1 前言

煤层气是储存于煤层内的一种非常规天然气，其中CH4含量多数大于90%，是一种优质洁净的气体能源(单学军，2005)。我国煤层气资源十分丰富，根据新一轮全国煤层气资源评价结果，在全国19个主要含煤盆地，适合煤层气勘探的埋深300～2000m范围内，预测煤层气远景资源量为36.8万亿m3。煤层气主要是以吸附状态存在于煤层内，也有少量以游离状态存在于孔隙与裂缝中(SmithDM，1984)。就孔隙结构而言，煤的孔隙结构可分为裂缝性孔隙和基岩孔隙。人们又习惯地把煤岩中的内生裂缝系统称为割理。其中面割理连续性较好，是煤中的主要裂隙，端割理是基本上垂直于面割理的裂缝，只发育在两条面割理之间，把基岩分割成一些长斜方形的岩块体(李安启，2004)。

渗透率高的煤层产气量往往较高，而低渗透率的煤层产气量较低。水力压裂改造措施是国内外煤层气井增产的主要手段。而我国的煤层气储层普遍属于低渗透煤储层，研究表明:我国煤层渗透率大多小于50×10－3μm2(张群，2001)。因此，目前国内的煤层气井采用最广泛的完井方法是压裂完井，煤层和砂岩的岩性特征有很大的区别，压裂施工中裂缝在煤层中的扩展规律与在砂岩中的扩展规律也不相同，为了解煤层的压裂特征和压裂效果就需要对煤层压裂进行模拟研究，要进行模拟研究就需要研究煤岩的力学性质。

通过试验研究煤岩的力学性质，发现煤岩具有尺寸效应———即煤岩的尺寸对试验结果具有影响，Daniel和Moor在1907年就指出(DanielsJ，1907):小立方体的屈服强度高于大立方体，而且当底面积保持常数时，随着试块高度的增加，其屈服强度降低。研究过煤岩尺寸效应的还有Bunting(Bunting D.1911)。Hirt和Shakoor(Hirt A M，1992)，Med-hurst和Brown(MedhurstT P，BrownET.A，1998)，吴立新(1997)，刘宝琛(1998)，靳钟铭(1999)等。

由于单轴力学性质试验结果受尺寸、形状等因素制约，因此进行单轴岩石压缩试验时，对试验样品的加工有一定的要求，通常试件做成圆柱体，一般要求圆柱体直径48～54mm，高径比宜为2.0～2.5，试件端面光洁平整，两端面平行且垂直于轴线。

2 试验方法说明

在单轴压缩应力下，煤块产生纵向压缩和横向扩张，当应力达到某一量级时，岩块体积开始膨胀出现初裂，然后裂隙继续发展，最后导致破坏(闫立宏，2001)。为避免其他因素的影响，采用同一试样，粘贴应变片，在测试强度过程中同时用电阻应变仪测定变形值。

2.1 煤样制备和试验方法

实验煤样采自沁水盆地南部晋煤集团寺河煤矿3#煤层。煤样制备和试验方法参照中华人民共和国行业标准《水利水电工程岩石试验规程(SL264－2001)》(中华人民共和国水利部.2001)，以及国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会提供的《岩石力学试验建议方法》(郑雨天，1981)进行的。沿层面方向在大煤块上钻取直径为50mm，高为100mm的圆柱样，煤样轴向均平行煤岩层面。为研究平行面割理和垂直面割理方向煤岩力学性质的差异，制备了两组煤样。一组煤样平行面割理方向，样品数10个，编号DP1DP10;另一组煤样垂直面割理方向，样品数10个，编号DC1DC10。试验前对煤样进行了饱水处理(48h以上)。单轴实验设备为WEP600微机控制屏显万能试验机。记录设备为30吨压力传感器，7V14程序控制记录仪。数据处理设备为联想杨天E4800计算机及相应的绘图机、打印机。试验工作进行前测试了煤样的物理性质，对试件进行了饱水处理。进行单轴压缩试验的煤样条件见表1。

表1 煤样条件

2.2 计算公式

单轴抗压强度计算公式:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:σc为煤岩单轴抗压强度，MPa;Pmax为煤岩试件最大破坏载荷，N;A为试件受压面积，mm2。

弹性模量E、泊松比μ计算公式:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:E为试件弹性模量，GPa;σc(50)为试件单轴抗压强度的50%，MPa;εh(50)为σc(50)处对应的轴向压缩应变;εd(50)为σc(50)处对应的径向拉伸应变;μ为泊松比。

3 试验结果与分析

3.1 加载轴线方向对煤块的抗压强度σc和弹性模量有显著的影响。

试验结果数据见表2。从表中可以看出，平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多，其弹性模量也大得多，抗拉强度平均值高出2/3，而弹性模量更是高出一倍。这说明即使在平行煤的层面上其力学性质也具有方向性，不同方向上其值大小有显著差异。

表2 煤样单轴抗压强度试验结果

注:DP9沿裂隙面破裂，没有参与力学性质分析。

煤是沉积岩，小范围内同一煤分层在形成环境、形成时代上都是相同的，可以认为小范围内在平行煤的层面上，煤的组分、煤质等是均匀的，变化非常小，所以沿平面上力学性质的差异与煤质、组分等关系不大。推测其原因是由于在地史上受到构造应力的影响，构造应力具有方向性，在不同的方向上其大小不同，使煤在不同的方向上受到地应力作用的大小程度也不同，导致煤在不同方向上结构有所不同，从而表现出来在不同方向上力学性质的差异，在受力较大的方向上可能会表现出较大的强度。由于在构造力作用下沿最大主应力方向裂隙最容易发育，发育程度也应该较好，沿最小主应力方向上裂隙发育程度要差些。发育好的裂隙往往形成面割理，因而在平行面割理的方向上抗压强度和弹性模量都高，而在垂直面割理的方向上其值相对就会小些。

3.2 煤岩单轴极限抗压强度与其他性质之间的关系

由表2可知煤样的抗压强度离散性较大，影响因素是什么?煤的密度与含水状态对单轴抗压强度有什么影响?现分析如下:

图1a表示了极限抗压强度σc与饱和密度ρw之间的关系。从图中可以看出，无论是C组、P组还是全部样品，随着饱和密度的增加，煤块的极限抗压强度都有增加的趋势，说明随着饱和密度的增加，抗压强度有增加的趋势。

图1 σc与其他性质之间的关系

图1b表示极限抗压强度σc与饱和吸水率ωs之间的关系。从图中可以看出，C组样品随饱和吸水率的增加抗压强度有减少的趋势，而P组样品单轴抗压强度和饱和吸水率的相关性非常低，可以认为饱和吸水率对P组样品没有影响。由此可见，饱和吸水率的增高使垂直面割理方向的抗压强度降低，而对平行面割理方向的单轴极限抗压强度影响很小。

图1c表示单轴极限抗压强度σc与弹性模量E之间的关系。从图中可以看出C组样品单轴极限抗压强度σc与弹性模量E之间具有明显的正相关性，即垂直于面割理方向的单轴极限抗压强度随着弹性模量的增加而增加，P组样品具有不明显的线性正相关，即平行于面割理方向的单轴极限抗压强度σc与弹性模量E的增加而增加，但离散性较大。

图1d表示单轴极限抗压强度σc与泊松比μ之间的关系。从图中可以看出C组样品单轴抗压强度与泊松比之间具有较明显的负相关关系，也就是说垂直于面割理的单轴抗压强度随着泊松比的增高而降低;但是P组样品的相关性很低，即平行于面割理方向的单轴极限抗压强度σc与泊松比的变化无关。

3.3 弹性模量和其他性质之间的关系

图2a表示弹性模量E与泊松比μ之间的关系。从图中可以看出C组样品、P组样品及全部样品相关性均不明显。说明弹性模量与泊松比之间的变化互不影响。

图2 弹性模量E与其他性质之间的关系

图2b表示弹性模量E与饱和密度ρw之间的关系。从图中可以看出无论C组还是P组，样品弹性模量与饱和密度相关性非常弱，可以认为不相关。由此可见弹性模量不受饱和密度变化的影响。

图2c表示弹性模量E与饱和吸水率ωs之间的关系。从图中可以看出C组样品弹性模量与饱和吸水率相关性较高，呈明显的负相关关系;但是P组样品的相关性却很低，几乎不相关。由于C组样品以垂直轴向的裂隙为主，在压力作用下煤样的变形等于煤岩本身的变形再加上水的变形，水是液体，在压力作用下很容易变形，在压力不变的情况下随着水含量的增加变形随之增大，而产生较大的轴向变形，导致C组的煤样随着含水量的增加弹性模量变小。而P组样品裂隙以平行轴向为主，尽管在饱水的情况下裂隙中完全充填了水，但由于水含量很少，承载压力的主要是煤岩本身，变形量也是由煤岩本身决定的，因此它与含水量关系不明显。

3.4 泊松比和其他性质之间的关系

由图3a中可以看出C组样品、P组样品和全部样品的泊松比与饱和密度之间散点图均比较离散，相关性很低，也可以说它们不相关。

由图3b中可以看出C组样品、P组样品和全部样品的泊松比与饱和吸水率之间相关性很低，可以认为它们不相关。

3.5 煤岩单轴压缩全应力—应变曲线类型

岩石试件从开始受压一直到完全丧失其强度的整个应力应变曲线称为岩石的全应力应变曲线(重庆建筑工程学院，1979)。大量岩石单轴压缩实验表明，岩石在破坏以前的应力应变曲线的形状大体上是类似的，一般可分为压密、弹性变形和向塑性过渡直到破坏这三个阶段。

煤是一种固体可燃有机岩石，由于成煤物质的不同及聚煤环境的多样化，煤的岩石组分、结构特征比较复杂。因此，在单轴压缩条件下煤样变形破坏机制及表现出的全应力—应变曲线形态多种多样，大体可以概括为3种类型。

图3 泊松比μ与饱和吸水率ωs之间的关系

3.5.1 迸裂型

应力—应变曲线压密阶段不明显，加速非弹性变形阶段很短，曲线主要呈现表观线弹性变形阶段直线，直到发生破坏，见图4a。具有迸裂型全应力—应变曲线特征的煤样，通常均质性较好、强度较大、脆性较强，其抗压强度通常很高。煤样在整个压缩变形过程中，积聚了大量弹性应变能，而由于发生塑性变形而耗散的永久变形能相对较小。因此，当外部应力接近其极限强度而将要发生破坏时，煤岩内积聚的大量弹性应变能突然、猛烈地释放出来并发出较大声响，形成一个很高的声发射峰值。

图4 煤岩样品应力—应变关系曲线图

3.5.2 破裂型

应力较低时，出现曲折的压密阶段，当应力增加到一定值时，应力—应变曲线逐渐过渡为表观线弹性变形阶段;最后变为加速非弹性变形阶段，直到发生破坏，见图4b。试件随荷载的增加，煤样受力结构逐渐发生变化，同时出现局部张性破坏，但整体仍保持完整，并在变形过程中也积聚了一定的弹性应变能。当外部应力接近其抗压强度，即煤岩发生加速变形时，煤岩中积聚的弹性应变能就突然释放，产生较高的声发射值，破坏时声发射强度又变得非常低。

3.5.3 稳定型

应力—应变曲线压密阶段不明显，表观线弹性变形阶段呈略微上凸的直线，加速非弹性变形阶段较长，见图4c。试件随荷载的增加，煤样受力结构逐渐发生变化，同时出现局部张性破坏，并在变形过程积聚的弹性应变能释放，形成振铃计数率峰值，随后振铃计数率迅速降低，并在加速非弹性变形阶段开始时出现新的振铃计数率峰值，接近破坏时又出现一次振铃计数率峰值。破坏时声发射强度又变得非常低。

4 结论

通过上面对沁水盆地寺河煤矿3号煤力学试验，可以得出如下结论:

(1)煤岩单轴抗压强度和弹性模量等力学性质在平行煤层的平面上具有方向性差异，平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多，其弹性模量也大得多。

(2)煤的极限抗压强度σc随着饱和密度ρw的增加而增加;极限抗压强度σc在垂直于面割理方向上随饱和吸水率ωs的增加而减少，而在平行面割理方向上与饱和吸水率无关;单轴极限抗压强度σc随着弹性模量E的增加而增加，在垂直面割理方向上相关程度较高，在平行面割理方向上离散性较大。单轴极限抗压强度σc在垂直面割理方向上随着泊松比μ增加而减小，而在平行面割方向上与泊松比无关。

(3)弹性模量E的变化不受泊松比变化的影响，同时也不受饱和密度的影响;垂直面割理方向弹性模量随着饱和吸水率ωs的增加而减小，而平行面割理方向弹性模量与饱和吸水率无关。

(4)泊松比μ的变化既不受饱和密度变化的影响，也不受饱和吸水率ωs变化的影响。

(5)在单轴压缩条件下煤样变形破坏表现出的全应力—应变曲线形态大体可以概括为3种类型:①迸裂型;②破裂型;③稳定型。

参考文献

单学军，张士诚，李安启等.2005.煤层气井压裂裂缝扩展规律分析.天然气工业，25(1)，130～132

靳钟铭，宋选民，薛亚东等.1999.顶煤压裂的实验研究.煤炭学报，24(l)，29～33

李安启，姜海，陈彩虹.2004.我国煤层气井水力压裂的实践及煤层裂缝模型选择分析.天然气工业，24(5)，91～94

刘宝琛，张家生，杜奇中等.1998.岩石抗压强度的尺寸效应.岩石力学与工程学报，17(6)，611～614

吴立新.1997.煤岩强度机制及矿压红外探测基础实验研究.北京:中国矿业大学.

闫立宏，吴基文.2001.煤岩单轴压缩试验研究.矿业安全与环保，28(2)，14～16

张群，冯三利，杨锡禄.2001.试论我国煤层气的基本储层特点及开发策略.煤炭学报，26(3)，230～235

郑雨天等译.1981.国际岩石力学学会实验室和现场标准化委员会:岩石力学试验建议方法.北京:煤炭工业出版社

中华人民共和国水利部.2001.水利水电工程岩石试验规程(SL264～2001).北京:地质出版社

重庆建筑工程学院，同济大学编.1979.岩体力学.北京:中国建筑工业出版社

Bunting D. 1911. Pillars in Deep Anthracite Mine. Trams. AIME，( 42) ，236 ～ 245

Daniels J，Moore L D. 1907. The Ultimate Strength of Coal. The Eng. and Mining，( 10) ，263 ～ 268

Hirt A M，Shakoor A. 1992. Determination of Unconfined Compressive strength of Coal for pillar Design. Mining Engineer- ing，( 8) ，1037 ～ 1041

Medhurst T P，Brown E T. 1998. A study of the Mechanical Behavior of Coal for Pillar Design. Int. J. Rock. Min. Sci. 35 ( 8) ，1087 ～ 1104

Smith D M，Williams F L. Diffusional effects in the recovery of methane from coalbeds. SPE，1984: 529 ～ 535

百科狗 baikegou.com