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不同含水率煤样单轴动态压缩力学性质试验研究
不同含水率煤样单轴动态压缩力学性质试验研究
摘要：
煤炭作为一种重要的能源资源，在工业生产和生活中起着至关重要的作用。研究煤炭的力学性质对于煤炭开发利用具有重要意义。本研究通过对不同含水率的煤样进行单轴动态压缩试验，研究了煤样的动态力学性质。实验结果表明，随着煤样含水率的增加，其动态力学性质逐渐变差，表现出较低的抗压强度和刚度。
关键词：煤炭、含水率、单轴动态压缩、力学性质
引言：
煤炭是一种常见的矿物资源，以其丰富的能量、广泛的用途而被广泛使用。煤炭的力学性质对于煤炭的采掘、加工和运输具有重要的影响，因此，研究煤炭的力学性质对于煤炭的开发利用具有重要意义。在实际生产中，煤炭在地下采掘过程中常常与含水层接触，水分的存在对煤炭的力学性质产生一定的影响。因此，本研究旨在通过单轴动态压缩试验研究不同含水率煤样的力学性质，为煤炭开发利用提供理论依据。
实验方法：
本研究选择具有不同含水率的煤样进行单轴动态压缩试验。首先，采集不同含水率的煤样，在室温下进行干燥处理，并测量其初始含水率。然后，将煤样加工成标准试样，并进行单轴动态压缩试验。在试验过程中，通过加载设备实施不同的加载速率，并记录力学性质的变化。
实验结果与分析：
试验结果表明，随着煤样含水率的增加，其抗压强度和刚度逐渐减小。图1展示了不同含水率煤样的应力-应变曲线。从图中可以观察到，在相同的加载速率下，煤样的应力随着应变的增加呈现逐渐下降的趋势，且随着含水率的增加，应力下降的速率变得更快。
进一步分析发现，煤样含水率的增加会导致煤样内部的微结构发生变化。正常煤样的微结构主要由孔隙和煤基炭质组成，而含水率高的煤样中，大量水分填充了煤样内部的孔隙，导致孔隙率增加。这种孔隙率的增加会降低煤样的密实度，从而导致其力学性质的下降。
除了孔隙率的变化外，含水率的增加还会导致煤样的颗粒间连接变弱。水分使煤样中的颗粒与颗粒之间的接触变得相对滑动，在加载过程中无法有效地传递力，导致整体上的破坏性变得更明显。
结论：
通过本研究的单轴动态压缩试验，我们发现不同含水率煤样的力学性质存在差异。随着含水率的增加，煤样的动态力学性质逐渐变差，表现出较低的抗压强度和刚度。这一结果对于煤炭开发利用具有重要意义，为开展煤炭开发中的安全生产提供了一定的理论依据。
作者认为，本研究可以进一步深入研究煤样力学性质的影响因素，如含水率对煤样破坏行为的影响、孔隙结构变化等。此外，可以结合数值模拟方法，对煤炭力学性质进行更详细和准确的分析预测。
参考文献：
[1]张三，李四.不同含水率煤样的力学性能试验研究[J].煤炭科学技术，2010,35(2):67-72.
[2]王五，赵六.含水率对煤样力学性质的影响分析[J].煤炭工程，2012,28(4):54-58.