为研究受载煤体中裂缝动态发展演化规律及其形态变化特征,以受载煤岩工业CT扫描系统为实验平台,开展单轴、三轴应力加载条件下煤样变形破坏全过程的工业显微CT扫描试验,得到能反映受载煤样失稳破坏全过程的三维裂隙结构CT扫描信息和应力-应变曲线等测试结果,运用VG Studio MAX图像分析软件,对CT扫描数据重建体模型得到的可视数字煤芯进行精准的裂缝提取和裂隙形态的数字化定性定量表征,对比分析了单轴、三轴受载条件下煤体裂隙发育形态的动态变化。研究结果表明:工业CT扫描是研究受载煤岩内部裂纹发育演化过程的有效手段,裂隙体积和裂隙率随应力的变化关系是受载煤样裂隙动态演化过程的直观体现,在煤样受载过程中呈现出缓慢降低-缓慢增加-急剧增加-增速放缓的发展规律;煤体在受载条件下内部裂隙演化经历了初始压密、弹性变形、新裂隙渐增、新生裂隙速增、裂隙扩展贯通和残余变形6个阶段,破坏形式为剪切破坏;煤样在三轴加载和单轴加载下的屈服强度和裂隙演化过程以及破坏后的裂隙形态均有显著差异,说明围压是影响受载煤体失稳破坏过程的重要因素;工业CT扫描图像显示,裂纹发育扩展随应力荷载的增加优先沿着矿物与煤基质的接触面开始起裂。研究结果可为煤炭合理安全高效开采及井下支护提供借鉴。
为观测受载煤样裂隙演化过程,利用受载煤岩工业CT扫描系统对煤样单轴压缩破坏过程进行CT实时扫描实验,将CT扫描图片导入VG Studio MAX图像分析软件进行煤样的三维数字化模型重建,得到煤样内部裂隙空间的分布情况。运用MATLAB软件通过分析和计算得到了煤样内部结构的灰度直方图和裂隙分形维数,综合分析煤样裂隙的动态演化特征和分形规律。研究结果表明:利用灰度直方图和VG Studio MAX软件分析结果能有效地定性和定量描述受载煤样内部裂隙动态发展的总体变化规律;全应力应变过程中,受载煤样的断面裂隙面积、断面裂隙谱峰面积和三维裂隙体积总体上呈先减小后增加的变化趋势,真实客观地反映了煤样内部裂隙结构的动态演化规律,充分体现了外部载荷和变形对裂隙发展的控制作用;裂隙分形维数主要经历了缓慢降低、平稳增加、大幅突增和缓慢升高4个发展阶段,有效刻画了受载煤样内部裂隙的演变发展过程,其变化规律与裂隙动态变化规律保持了良好的一致性,可用于受载煤样失稳破坏的预测。
