연탄 및 원료탄 함유 유체의 강도 특성 진화

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 593(2023) 이 기사 인용

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석탄 함유 유체의 기계적 특성은 연탄층의 안전한 채굴에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 특히 3~5급 석탄의 경우 가스압력과 지하수의 영향으로 석탄 및 가스 폭발 등 동적인 현상이 일어나기 쉬우며 현장 작업자의 안전과 생명을 심각하게 위협하고 있다. 그러나 연탄 샘플은 일반적으로 클래스 III-V 석탄 샘플에 대해 수행되는 실험실 테스트에서 원탄 대신 사용됩니다. 연탄과 원료탄에 대한 연구 결론이 일치하는지, 강도특성 연구에서 연탄이 원료탄을 대체할 수 있는지 여부는 추가 검증이 필요하다. 본 논문에서는 유체를 함유한 연탄탄과 원료탄의 강도 특성의 변화를 연구합니다. 일축 및 삼축 압축을 받는 원료탄과 연탄탄의 강도 특성, 불안정 파괴 특성, 음향 방출 특성을 자세히 분석합니다. 또한, 수분 함량과 간극압이 III-V급 원료탄과 연탄탄의 강도 특성에 미치는 영향을 추가로 연구합니다. 결과는 원료탄의 파괴 특성은 전반적인 취성 파괴, 주로 축방향 분할 파괴인 반면, 연탄의 파괴 특성은 전반적인 연성 파괴, 주로 원뿔 모양의 연속적인 파쇄임을 보여줍니다. 원료탄과 연탄탄의 강도 변수는 가압 압력 하에서 향상되지만 원료탄의 내부 차이는 크게 감소합니다. 원료탄 시료의 응집력은 처음에는 증가하다가 수분 함량이 증가함에 따라 감소하며, 내부 마찰각은 수분 함량이 증가함에 따라 증가합니다. 또한 간극압력이 증가함에 따라 연탄의 강도, 응집력, 탄성계수, 변형계수는 감소하는 반면, III-V급 석탄의 경우 간극압력이 증가함에 따라 강도차이가 감소하는 것을 확인하였다. 위에서 언급한 결과를 바탕으로 Hoek-Brown(H-B) 기준을 사용하여 석탄체의 강도 매개변수를 추정합니다. 석탄 샘플과 석탄체의 강도 매개변수를 비교한 결과 석탄체의 추정 강도 매개변수가 현장의 실제 값에 더 가깝습니다.

석탄 함유 유체의 기계적 특성은 특히 III-V급 석탄의 경우 연탄층의 안전한 채굴에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 가스 압력, 지하수 및 기타 요인의 영향으로 석탄 및 가스 폭발 및 기타 동적 현상이 발생하기 쉬우며 이는 현장 작업자의 안전과 생명을 심각하게 위협합니다. 그러나 연탄 샘플은 일반적으로 클래스 III-V 석탄 샘플의 실험실 테스트에 사용됩니다. 연탄과 원료탄에 대한 연구 결론이 일관된지, 강도특성 연구에서 연탄이 원료탄을 대체할 수 있는지 여부는 아직 검증되지 않은 상태이다. 오랫동안 중국과 해외의 많은 연구자들은 석탄 함유 유체의 기계적 특성에 대해 심층적이고 상세한 연구를 수행해 왔습니다. 석탄 샘플은 석탄체의 중요한 부분입니다. 석탄 시료의 기계적 성질에 대한 연구 대상은 주로 원료 석탄과 연탄의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 클래스 I 및 II 석탄의 경우 석탄체의 구조가 상대적으로 단단하여 원탄 샘플을 시추하는 데 필요한 조건을 제공하므로 이러한 연구에는 일반적으로 원석 샘플이 사용됩니다. Class III-V 석탄의 경우 원탄 샘플 준비가 어렵고 연탄은 원탄 샘플보다 얻기가 훨씬 쉽기 때문에 연탄 샘플이 이러한 연구에 더 일반적으로 사용됩니다. 그러나 연탄은 2차 연탄시료이므로 원료탄 시료 자체의 구조적 특성을 파괴한다. Class III-V 석탄은 상대적으로 부서져 있으며 그 특성은 벌크 구조와 유사합니다. 따라서 강도 특성 연구에 있어 3종 석탄 시료의 차이 정도와 연탄이 원료탄을 대체할 수 있는지 여부는 아직 검증이 필요한 상황이다.