Evolução das características de resistência do fluido contendo briquete e carvão bruto

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 593 (2023) Citar este artigo

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As propriedades mecânicas do fluido contendo carvão são um fator importante que afeta a mineração segura de camadas de carvão leve. Em particular, para o carvão das classes III-V, é provável que ocorram explosões de carvão e gás e outros fenómenos dinâmicos devido às influências da pressão do gás e das águas subterrâneas, que ameaçam seriamente a segurança e a vida dos trabalhadores no campo. No entanto, amostras de briquetes são geralmente usadas no lugar do carvão bruto em testes laboratoriais realizados em amostras de carvão classe III-V. Se as conclusões da pesquisa sobre briquetes e carvão bruto são consistentes e se o carvão briquete pode substituir o carvão bruto na pesquisa sobre características de resistência, precisa ser verificado posteriormente. Neste artigo, é estudada a evolução das características de resistência do carvão briquete fluido e do carvão bruto. As características de resistência, características de falha por instabilidade e características de emissão acústica do carvão bruto e do carvão briquete sob compressão uniaxial e triaxial são analisadas detalhadamente. Além disso, a influência do teor de água e da pressão dos poros nas características de resistência do carvão bruto classe III-V e do carvão briquete é estudada posteriormente. Os resultados mostram que a falha característica do carvão bruto é a falha frágil geral, principalmente a falha por divisão axial, enquanto a do briquete é a falha dúctil geral, principalmente o lascamento contínuo em forma de cone. Os parâmetros de resistência do carvão bruto e do carvão briquete melhoram sob pressão confinante, mas a diferença interna no carvão bruto é significativamente reduzida. A coesão da amostra de carvão bruto inicialmente aumenta e depois diminui com o aumento do teor de água, e o ângulo de atrito interno aumenta com o aumento do teor de água. Além disso, verifica-se que a resistência, a coesão, o módulo de elasticidade e o módulo de deformação do briquete diminuem com o aumento da pressão dos poros sob diferentes pressões dos poros, mas a diferença de resistência do carvão classe III-V diminui com o aumento da pressão dos poros. Com base nos resultados acima mencionados, os parâmetros de resistência de um corpo de carvão são estimados usando o critério Hoek-Brown (H-B). Com base numa comparação dos parâmetros de resistência da amostra de carvão e do corpo de carvão, os parâmetros de resistência estimados do corpo de carvão estão mais próximos dos valores reais no local.

As propriedades mecânicas do fluido contendo carvão são um fator importante que afeta a mineração segura de jazidas de carvão leve, especialmente para carvão de classe III-V. Sob a influência da pressão do gás, das águas subterrâneas e de outros factores, é provável que ocorram explosões de carvão e gás e outros fenómenos dinâmicos, que ameaçam seriamente a segurança e a vida dos trabalhadores no campo. No entanto, amostras de briquetes são geralmente utilizadas em testes laboratoriais de amostras de carvão classe III-V. Resta verificar se as conclusões da pesquisa sobre briquetes e carvão bruto são consistentes e se um briquete pode substituir o carvão bruto na pesquisa sobre características de resistência. Durante muito tempo, muitos pesquisadores na China e no exterior realizaram numerosos estudos aprofundados e detalhados sobre as propriedades mecânicas dos fluidos contendo carvão. A amostra de carvão é uma parte importante do corpo de carvão. Os objetos de pesquisa das propriedades mecânicas de uma amostra de carvão são divididos principalmente em dois tipos: carvão bruto e briquetes. Para o carvão das classes I e II, a estrutura do corpo do carvão é relativamente dura, proporcionando as condições necessárias para perfurar uma amostra de carvão bruto, portanto, amostras de carvão bruto são normalmente utilizadas em tais pesquisas. Para carvão de classe III-V, a preparação de amostras de carvão bruto é difícil, e os briquetes são muito mais fáceis de obter do que amostras de carvão bruto, portanto, as amostras de briquetes são mais comumente usadas em tais pesquisas. No entanto, um briquete é uma amostra de carvão de briquetagem secundária, que destrói as características estruturais da própria amostra de carvão bruto. O carvão da classe III-V é relativamente quebrado e suas características são semelhantes às da estrutura a granel. Portanto, o nível de diferença entre amostras de carvão dos três tipos e se um briquete pode substituir o carvão bruto na pesquisa sobre características de resistência ainda precisa ser verificado.