壓縮的煤塊

Ⅰ 基於煤層壓裂模擬的水飽和煤樣單軸力學試驗研究

顏志豐¹ 琚宜文¹ 侯泉林¹ 唐書恆²

(1.中國科學院研究生院地球科學學院 北京 100049 2.中國地質大學(北京)能源學院 北京 100083)

摘要:為模擬研究煤儲層水力壓裂效果，對煤樣進行了飽水條件下的常規單軸壓縮試驗和聲發射測試。對結果進行分析表明:在常規單軸壓縮條件下，煤在平行層面上其力學性質具有方向性差異，平行面割理方向的單軸極限抗壓強度要比垂直面割理方向的單軸極限抗壓強度大得多，其彈性模量也大得多。煤樣在垂直面割理方向彈性模量E隨著單軸極限抗壓強度σc的增加而增加，相關性較高，平行面割理方向彈性模量E隨著抗壓強度的增高而增高，但離散性較大。在單軸壓縮條件下煤樣變形破壞表現出的全應力—應變曲線形態大體可以概括為3種類型。

關鍵詞:單軸壓縮試驗 力學性質 各向異性 飽和含水率 割理

基金項目: 國家自然科學基金項目 ( No. 41030422; 40972131) ; 國家重點基礎研究發展規劃 ( 973) 課題( No. 2009CB219601) ; 國家科技重大專項課題 ( 2009ZX05039 － 003) ; 中國科學院戰略性先導科技專項課題( XDA05030100) ; 河北工程大學博士基金課題。

作者簡介: 顏志豐，1969 年生，男，河北邯鄲人，博士後，長期從事能源地質和構造地質研究。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，Graate 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 molus. The elastic molus 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

煤層氣是儲存於煤層內的一種非常規天然氣，其中CH₄含量多數大於90%，是一種優質潔凈的氣體能源(單學軍，2005)。我國煤層氣資源十分豐富，根據新一輪全國煤層氣資源評價結果，在全國19個主要含煤盆地，適合煤層氣勘探的埋深300～2000m范圍內，預測煤層氣遠景資源量為36.8萬億m³。煤層氣主要是以吸附狀態存在於煤層內，也有少量以游離狀態存在於孔隙與裂縫中(SmithDM，1984)。就孔隙結構而言，煤的孔隙結構可分為裂縫性孔隙和基岩孔隙。人們又習慣地把煤岩中的內生裂縫系統稱為割理。其中面割理連續性較好，是煤中的主要裂隙，端割理是基本上垂直於面割理的裂縫，只發育在兩條面割理之間，把基岩分割成一些長斜方形的岩塊體(李安啟，2004)。

滲透率高的煤層產氣量往往較高，而低滲透率的煤層產氣量較低。水力壓裂改造措施是國內外煤層氣井增產的主要手段。而我國的煤層氣儲層普遍屬於低滲透煤儲層，研究表明:我國煤層滲透率大多小於50×10^－3μm²(張群，2001)。因此，目前國內的煤層氣井採用最廣泛的完井方法是壓裂完井，煤層和砂岩的岩性特徵有很大的區別，壓裂施工中裂縫在煤層中的擴展規律與在砂岩中的擴展規律也不相同，為了解煤層的壓裂特徵和壓裂效果就需要對煤層壓裂進行模擬研究，要進行模擬研究就需要研究煤岩的力學性質。

通過試驗研究煤岩的力學性質，發現煤岩具有尺寸效應———即煤岩的尺寸對試驗結果具有影響，Daniel和Moor在1907年就指出(DanielsJ，1907):小立方體的屈服強度高於大立方體，而且當底面積保持常數時，隨著試塊高度的增加，其屈服強度降低。研究過煤岩尺寸效應的還有Bunting(Bunting D.1911)。Hirt和Shakoor(Hirt A M，1992)，Med-hurst和Brown(MedhurstT P，BrownET.A，1998)，吳立新(1997)，劉寶琛(1998)，靳鍾銘(1999)等。

由於單軸力學性質試驗結果受尺寸、形狀等因素制約，因此進行單軸岩石壓縮試驗時，對試驗樣品的加工有一定的要求，通常試件做成圓柱體，一般要求圓柱體直徑48～54mm，高徑比宜為2.0～2.5，試件端面光潔平整，兩端面平行且垂直於軸線。

2 試驗方法說明

在單軸壓縮應力下，煤塊產生縱向壓縮和橫向擴張，當應力達到某一量級時，岩塊體積開始膨脹出現初裂，然後裂隙繼續發展，最後導致破壞(閆立宏，2001)。為避免其他因素的影響，採用同一試樣，粘貼應變片，在測試強度過程中同時用電阻應變儀測定變形值。

2.1 煤樣制備和試驗方法

實驗煤樣采自沁水盆地南部晉煤集團寺河煤礦3^#煤層。煤樣制備和試驗方法參照中華人民共和國行業標准《水利水電工程岩石試驗規程(SL264－2001)》(中華人民共和國水利部.2001)，以及國際岩石力學學會實驗室和現場試驗標准化委員會提供的《岩石力學試驗建議方法》(鄭雨天，1981)進行的。沿層面方向在大煤塊上鑽取直徑為50mm，高為100mm的圓柱樣，煤樣軸向均平行煤岩層面。為研究平行面割理和垂直面割理方向煤岩力學性質的差異，制備了兩組煤樣。一組煤樣平行面割理方向，樣品數10個，編號DP1DP10;另一組煤樣垂直面割理方向，樣品數10個，編號DC1DC10。試驗前對煤樣進行了飽水處理(48h以上)。單軸實驗設備為WEP600微機控制屏顯萬能試驗機。記錄設備為30噸壓力感測器，7V14程序控制記錄儀。數據處理設備為聯想楊天E4800計算機及相應的繪圖機、列印機。試驗工作進行前測試了煤樣的物理性質，對試件進行了飽水處理。進行單軸壓縮試驗的煤樣條件見表1。

表1 煤樣條件

2.2 計算公式

單軸抗壓強度計算公式:

中國煤層氣技術進展: 2011 年煤層氣學術研討會論文集

式中:σ_c為煤岩單軸抗壓強度，MPa;P_max為煤岩試件最大破壞載荷，N;A為試件受壓面積，mm²。

彈性模量E、泊松比μ計算公式:

中國煤層氣技術進展: 2011 年煤層氣學術研討會論文集

式中:E為試件彈性模量，GPa;σ_c(50)為試件單軸抗壓強度的50%，MPa;ε_h(50)為σ_c(50)處對應的軸向壓縮應變;ε_d(50)為σ_c(50)處對應的徑向拉伸應變;μ為泊松比。

3 試驗結果與分析

3.1 載入軸線方向對煤塊的抗壓強度σ_c和彈性模量有顯著的影響。

試驗結果數據見表2。從表中可以看出，平行面割理方向的單軸極限抗壓強度要比垂直面割理方向的單軸極限抗壓強度大得多，其彈性模量也大得多，抗拉強度平均值高出2/3，而彈性模量更是高出一倍。這說明即使在平行煤的層面上其力學性質也具有方向性，不同方向上其值大小有顯著差異。

表2 煤樣單軸抗壓強度試驗結果

注:DP9沿裂隙面破裂，沒有參與力學性質分析。

煤是沉積岩，小范圍內同一煤分層在形成環境、形成時代上都是相同的，可以認為小范圍內在平行煤的層面上，煤的組分、煤質等是均勻的，變化非常小，所以沿平面上力學性質的差異與煤質、組分等關系不大。推測其原因是由於在地史上受到構造應力的影響，構造應力具有方向性，在不同的方向上其大小不同，使煤在不同的方向上受到地應力作用的大小程度也不同，導致煤在不同方向上結構有所不同，從而表現出來在不同方向上力學性質的差異，在受力較大的方向上可能會表現出較大的強度。由於在構造力作用下沿最大主應力方向裂隙最容易發育，發育程度也應該較好，沿最小主應力方向上裂隙發育程度要差些。發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壓強度和彈性模量都高，而在垂直面割理的方向上其值相對就會小些。

3.2 煤岩單軸極限抗壓強度與其他性質之間的關系

由表2可知煤樣的抗壓強度離散性較大，影響因素是什麼?煤的密度與含水狀態對單軸抗壓強度有什麼影響?現分析如下:

圖1a表示了極限抗壓強度σ_c與飽和密度ρ_w之間的關系。從圖中可以看出，無論是C組、P組還是全部樣品，隨著飽和密度的增加，煤塊的極限抗壓強度都有增加的趨勢，說明隨著飽和密度的增加，抗壓強度有增加的趨勢。

圖1 σ_c與其他性質之間的關系

圖1b表示極限抗壓強度σ_c與飽和吸水率ω_s之間的關系。從圖中可以看出，C組樣品隨飽和吸水率的增加抗壓強度有減少的趨勢，而P組樣品單軸抗壓強度和飽和吸水率的相關性非常低，可以認為飽和吸水率對P組樣品沒有影響。由此可見，飽和吸水率的增高使垂直面割理方向的抗壓強度降低，而對平行面割理方向的單軸極限抗壓強度影響很小。

圖1c表示單軸極限抗壓強度σ_c與彈性模量E之間的關系。從圖中可以看出C組樣品單軸極限抗壓強度σ_c與彈性模量E之間具有明顯的正相關性，即垂直於面割理方向的單軸極限抗壓強度隨著彈性模量的增加而增加，P組樣品具有不明顯的線性正相關，即平行於面割理方向的單軸極限抗壓強度σ_c與彈性模量E的增加而增加，但離散性較大。

圖1d表示單軸極限抗壓強度σ_c與泊松比μ之間的關系。從圖中可以看出C組樣品單軸抗壓強度與泊松比之間具有較明顯的負相關關系，也就是說垂直於面割理的單軸抗壓強度隨著泊松比的增高而降低;但是P組樣品的相關性很低，即平行於面割理方向的單軸極限抗壓強度σ_c與泊松比的變化無關。

3.3 彈性模量和其他性質之間的關系

圖2a表示彈性模量E與泊松比μ之間的關系。從圖中可以看出C組樣品、P組樣品及全部樣品相關性均不明顯。說明彈性模量與泊松比之間的變化互不影響。

圖2 彈性模量E與其他性質之間的關系

圖2b表示彈性模量E與飽和密度ρ_w之間的關系。從圖中可以看出無論C組還是P組，樣品彈性模量與飽和密度相關性非常弱，可以認為不相關。由此可見彈性模量不受飽和密度變化的影響。

圖2c表示彈性模量E與飽和吸水率ω_s之間的關系。從圖中可以看出C組樣品彈性模量與飽和吸水率相關性較高，呈明顯的負相關關系;但是P組樣品的相關性卻很低，幾乎不相關。由於C組樣品以垂直軸向的裂隙為主，在壓力作用下煤樣的變形等於煤岩本身的變形再加上水的變形，水是液體，在壓力作用下很容易變形，在壓力不變的情況下隨著水含量的增加變形隨之增大，而產生較大的軸向變形，導致C組的煤樣隨著含水量的增加彈性模量變小。而P組樣品裂隙以平行軸向為主，盡管在飽水的情況下裂隙中完全充填了水，但由於水含量很少，承載壓力的主要是煤岩本身，變形量也是由煤岩本身決定的，因此它與含水量關系不明顯。

3.4 泊松比和其他性質之間的關系

由圖3a中可以看出C組樣品、P組樣品和全部樣品的泊松比與飽和密度之間散點圖均比較離散，相關性很低，也可以說它們不相關。

由圖3b中可以看出C組樣品、P組樣品和全部樣品的泊松比與飽和吸水率之間相關性很低，可以認為它們不相關。

3.5 煤岩單軸壓縮全應力—應變曲線類型

岩石試件從開始受壓一直到完全喪失其強度的整個應力應變曲線稱為岩石的全應力應變曲線(重慶建築工程學院，1979)。大量岩石單軸壓縮實驗表明，岩石在破壞以前的應力應變曲線的形狀大體上是類似的，一般可分為壓密、彈性變形和向塑性過渡直到破壞這三個階段。

煤是一種固體可燃有機岩石，由於成煤物質的不同及聚煤環境的多樣化，煤的岩石組分、結構特徵比較復雜。因此，在單軸壓縮條件下煤樣變形破壞機制及表現出的全應力—應變曲線形態多種多樣，大體可以概括為3種類型。

圖3 泊松比μ與飽和吸水率ω_s之間的關系

3.5.1 迸裂型

應力—應變曲線壓密階段不明顯，加速非彈性變形階段很短，曲線主要呈現表觀線彈性變形階段直線，直到發生破壞，見圖4a。具有迸裂型全應力—應變曲線特徵的煤樣，通常均質性較好、強度較大、脆性較強，其抗壓強度通常很高。煤樣在整個壓縮變形過程中，積聚了大量彈性應變能，而由於發生塑性變形而耗散的永久變形能相對較小。因此，當外部應力接近其極限強度而將要發生破壞時，煤岩內積聚的大量彈性應變能突然、猛烈地釋放出來並發出較大聲響，形成一個很高的聲發射峰值。

圖4 煤岩樣品應力—應變關系曲線圖

3.5.2 破裂型

應力較低時，出現曲折的壓密階段，當應力增加到一定值時，應力—應變曲線逐漸過渡為表觀線彈性變形階段;最後變為加速非彈性變形階段，直到發生破壞，見圖4b。試件隨荷載的增加，煤樣受力結構逐漸發生變化，同時出現局部張性破壞，但整體仍保持完整，並在變形過程中也積聚了一定的彈性應變能。當外部應力接近其抗壓強度，即煤岩發生加速變形時，煤岩中積聚的彈性應變能就突然釋放，產生較高的聲發射值，破壞時聲發射強度又變得非常低。

3.5.3 穩定型

應力—應變曲線壓密階段不明顯，表觀線彈性變形階段呈略微上凸的直線，加速非彈性變形階段較長，見圖4c。試件隨荷載的增加，煤樣受力結構逐漸發生變化，同時出現局部張性破壞，並在變形過程積聚的彈性應變能釋放，形成振鈴計數率峰值，隨後振鈴計數率迅速降低，並在加速非彈性變形階段開始時出現新的振鈴計數率峰值，接近破壞時又出現一次振鈴計數率峰值。破壞時聲發射強度又變得非常低。

4 結論

通過上面對沁水盆地寺河煤礦3號煤力學試驗，可以得出如下結論:

(1)煤岩單軸抗壓強度和彈性模量等力學性質在平行煤層的平面上具有方向性差異，平行面割理方向的單軸極限抗壓強度要比垂直面割理方向的單軸極限抗壓強度大得多，其彈性模量也大得多。

(2)煤的極限抗壓強度σ_c隨著飽和密度ρ_w的增加而增加;極限抗壓強度σ_c在垂直於面割理方向上隨飽和吸水率ω_s的增加而減少，而在平行面割理方向上與飽和吸水率無關;單軸極限抗壓強度σ_c隨著彈性模量E的增加而增加，在垂直面割理方向上相關程度較高，在平行面割理方向上離散性較大。單軸極限抗壓強度σ_c在垂直面割理方向上隨著泊松比μ增加而減小，而在平行面割方向上與泊松比無關。

(3)彈性模量E的變化不受泊松比變化的影響，同時也不受飽和密度的影響;垂直面割理方向彈性模量隨著飽和吸水率ω_s的增加而減小，而平行面割理方向彈性模量與飽和吸水率無關。

(4)泊松比μ的變化既不受飽和密度變化的影響，也不受飽和吸水率ω_s變化的影響。

(5)在單軸壓縮條件下煤樣變形破壞表現出的全應力—應變曲線形態大體可以概括為3種類型:①迸裂型;②破裂型;③穩定型。

參考文獻

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李安啟，姜海，陳彩虹.2004.我國煤層氣井水力壓裂的實踐及煤層裂縫模型選擇分析.天然氣工業，24(5)，91～94

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重慶建築工程學院，同濟大學編.1979.岩體力學.北京:中國建築工業出版社

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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

Ⅱ 在理論上怎麼把煤塊變成鑽石

煤塊在高壓、高溫下形成鑽石。大多數鑽石的歷史比地球上最早的植物和植被還要久遠，而這些植物和植被就是今天煤炭的來源。

被科學家和地質學家廣泛接受的主要理論是，鑽石是數百萬年前在地球地幔深處形成的。後來由於劇烈的火山噴發和災難性的板塊運動，鑽石被帶到了地表。

地質學家通常會尋找這些噴發的痕跡（稱為管道），以勘測可以建立有利可圖的鑽石礦的地點。一旦確定某條管道有經濟上可行的開采礦藏，采礦公司就會使用重型設備進行開采。平均而言，采礦公司將不得不篩過數千噸的土，以產生一克拉的鑽石，這就是為什麼采礦是一種資本程度上的風險。

(2)壓縮的煤塊擴展閱讀

有些人以鑽石的主要成分是碳，來攻擊它沒有什麼價值。他們還說：最早人們發現鑽石時，發現它除了夠硬以為，別無它用，於是只能做成玻璃刀、拉絲模等工具供一些工業領域使用。到了1955年，人們掌握了人造鑽石的技術後，天然鑽石的最後一點工業價值也沒有了。

奧本海默家族和另外幾個大牛珠寶商一起控制了全世界的鑽石礦藏，雖然現在他們的經營方式轉為建立自己的品牌（戴比爾斯），自產自銷，但是由於上游還是被其控制，所以消費者永遠也不可能拿到低價鑽。

Ⅲ 洗煤工藝原理

鞏義天信洗煤機專業製造廠家給你分享洗煤設備的工藝與原理
洗煤設備廠家把經過准備車間的篩分，揀矸及破碎作業後的原煤，由膠帶輸送機送至選車間進行精選，其方法有重力洗煤法（包括跳汰法、槽選、搖選、重介選）浮選選煤法，特殊選煤法等，其中跳汰洗煤機是目前應用最為廣泛的洗煤方法。
跳汰洗煤機原理是：洗煤設備跳汰機處理能力為30-40噸/小時，入洗粒度為0-50mm,配套潛水泵為160立方米/小時，風機為羅茨鼓風機。壓力小於0.02mp,洗煤機附屬設備為對輥式破碎機，兩層分級篩，破碎機，煤泥脫水篩台。水力跳汰洗煤是目前應用最泛的一種選煤方法，它具有設備簡單、分選效率高，生產能力大等優點。跳汰機工作時，將入選原煤和水一起送入跳汰機，並使原煤均勻分布在跳汰室的篩板上，形成一定厚度的床層，當壓縮空氣經過風閥進入空氣室時，在跳汰室形成上升水流，洗煤機篩板上的原為在上升水流作用下，逐漸鬆散，並隨之上升，由於煤相對密度小，上升的快，被水沖的較高，矸石相對密度大，上升的慢，沖的較低，這樣就使得原來壓在矸石下面的煤塊，其中一部分越過矸石而上升到上層，當壓縮空氣通過風閥被排出時，水自然往流動，此時在跳汰室形成下降水流，各種顆粒也隨之下降，其中相對密度大的矸石最先下沉，最早落在篩板下，而煤塊較輕，下降速度慢，落在矸石層上面，下降水流結束後，分層即搞終止，完成了第一循環，在每一次跳汰循環中，煤和矸石混合物都要受到一定的分選作用，經過多次反復後，分層循環趨於完善，最後，相對密度小的煤集中在最上層，相對密度大的矸石將集中在最底層，而介於中等比重的中煤則自然分布在煤和矸石之間，在分層過程中，顆粒的大小和形狀對分層產生一定的影響，從而影響跳汰機分層的復雜性，但最終結果，仍然不能改變跳汰過程中煤和矸石按相對密度分層的實質。

Ⅳ 我的世界工業2實驗版，為什麼挖到磚石的幾率比原版少的多，是不是因為礦種多了

為大家整理了《我的世界》工業2mod的教程工業鑽石合成方法與製作技巧，鑽石一直是各位非洲人民的嚮往，而且在工業mod的後期鑽石的消耗量是非常的大，單純的靠自己去挖礦開采可能可能會不是夠，這里我們就可以使用工業2中獨有的工業鑽石來代替普通鑽石來使用。

煤粉*8+燧石=煤球

壓縮機+煤球=壓縮煤球

壓縮煤球*8+黑曜石/石磚/石英塊=煤塊

壓縮機+煤塊=工業鑽石
當然，畢竟是鑽石，工業鑽石的製作雖然便宜，但是還是很麻煩的，首先合成一個工業鑽石需要64個煤粉，我們獲得煤粉有兩個方式，一個是靠挖到的煤打粉得到，第二個是靠熱能離心機加工爐灰得到。不管怎麼樣都要用掉不少的電力，這里小編就推薦大家，在挖礦的時候盡可能的多帶點煤回來，然後將其打成煤粉，電的話就是用火力發電機燃燒木頭或者木炭來發電，玩家也得考慮木頭的來源，可以在家附近大量種植樹木。
工業2是《我的世界》中的一個大型mod，當然如果玩家們要體驗到更完整更好玩的科技類mod，小編建議各位玩家再下載一個建築mod，也就是俗稱的BCmod，那樣可以實現非常多的自動化，有興趣的玩家可以下載

Ⅳ 岩樣三軸壓縮的破壞形式

就實驗室常規三軸壓縮試驗而言，公式（7.2）或（7.10）的確切含義是，一個給定岩樣能夠承載的最大軸向應力σ_S與圍壓σ₃呈線性關系。這已經為大量的試驗結果所證實，但並不足以說明，達到臨界狀態的截面傾角就一定是45°+φ/2。岩樣實際破壞面並不總是平面，即使是平面，剪切破壞角也與Coulomb准則預測的數值有所差異。即Coulomb准則可以很好地描述岩石的強度特徵，而所預測的破裂角可能與實際情況相差甚遠。

從晉城某採煤工作面取得的煤塊D，沒有明顯可見的層理，加工的試樣沒有明顯的缺陷，強度也很高，單軸壓縮強度可以達到50.5MPa。圖7-10是不同圍壓下煤樣壓縮破壞形式。圍壓較低時破裂面比較復雜，而圍壓較高時則是單一的斷面，且斷面的平整度也較好。其中圍壓20MPa以上的3個試樣，以小於45°傾角的截面剪切破裂（圖7-11）。對此可作如下理解：煤的楊氏模量較低（在5GPa以下），軸向壓縮過程產生的變形較大，高圍壓下材料粘聚力的喪失是在最大剪切變形作用下實現的。

圖7-10 不同圍壓下煤樣軸向壓縮的破壞形式

圍壓：D1—2.5MPa；D2—5MPa；D3—10MPa；D4—15MPa；D5—20MPa；D6—30MPa；D7，D8—多次載入下破壞

煤塊D的6個試樣在不同圍壓下的強度已經在圖3-14中給出。煤樣D7是在圍壓為30MPa下軸向循環壓縮破壞的，D8是在不同圍壓下多次載入破壞的，試驗結果表明，圍壓、載入歷史對楊氏模量沒有影響^［14］，但二者強度都較低，故未在圖3-14中標出。另外，圍壓在10MPa時試樣的強度低於圍壓5MPa的強度，表明試樣之間存在差異，不過從整體上看，圍壓對試樣的強度影響符合線性變化的規律。利用公式（7.2）回歸的結果是

σ_S=58.7MPa+4.43σ₃

相關系數 R=0.979。相應的內摩擦角 φ=39.17°，θ₀=45°+φ/2=64.59°。圖7-10中煤樣的實際破裂角都小於θ₀。

圖7-11 煤樣以小於45°傾角的截面剪切破壞

從該礦另一工作面得到的煤塊A、C，均存在明顯層理和裂隙，層理傾角約為 68°（tanθ=2.5）。煤塊A加工的5個試樣單軸壓縮強度在5.3～10.4MPa，強度較低。煤塊C加工的6個試樣強度隨圍壓的變化關系也在圖3-14給出，試樣多數沿層理破壞，但並非單一斷面，破裂面較為復雜。不過，其三軸強度利用公式（7.2）回歸結果是

σ_S=9.68MPa+4.57σ₃

相關系數R=0.992。對C、D兩個煤塊加工的試樣，公式（7.2）中的K是大致相同的。這也說明了圖7-9a的正確性：試樣破壞面具有不同的傾角，但圍壓通過摩擦實現的承載能力大致相同。因而利用Coulomb准則描述試樣的強度是合適的。這在第3章3.5節已作專門討論。

均質、無缺陷的各種砂岩和部分大理岩試樣，顆粒之間的粘接強度較差，通常呈對角破壞。圖7-12是粉砂岩試驗三軸壓縮破壞後的形狀。斷裂面由傾角β的平面和部分以岩樣端面為底的錐面共同構成。ACG區域是圓錐面的一部分，GH間近似為平面。試驗中大多數岩樣的兩個破裂塊具有較好的對稱性。

圖7-12 粉砂岩試樣含有圓錐的對角破壞

產生這種破裂形式的原因是，岩樣端部和試驗機壓頭之間存在摩擦，即通常所說的端部效應，抑制材料的周向膨脹，但影響隨深度增加而逐步減小，因此剪切破壞面呈圓錐狀。個別岩樣破壞後可以取出完整的圓錐體。錐面底角a小於破裂平面的傾角β，因而軸向壓縮時岩樣發生張開，使得圓錐面部分具有明顯的剪切破壞特徵，而平面部分則具有拉伸破壞特徵。顯然，岩樣對角破壞後的殘余強度不能再用Coulomb准則來分析^［15］。

圖7-13是沿陡傾角破壞的石灰岩（單軸壓縮）和大理岩試樣（圍壓20MPa），其破壞面起止於上下端面，而不是側面。由於石灰岩緻密均勻，楊氏模量可以高達70GPa，能夠承受的壓縮變形較小，因而岩樣很快產生新的破壞面，其中一個局部破壞與主控斷裂面對稱，實現了破裂面在垂直於軸向的投影覆蓋岩樣斷面，使其軸向承載能力完全喪失^［16］。這也說明，該試樣的斷裂並非源於石灰岩的沉積弱面。圖7-14中的大理岩也是緻密均勻，顆粒細微，單一傾角的剪切破壞面止於岩樣的上下端面，兩個破裂塊體都能單獨承載一定的軸向應力，岩樣的承載能力並不完全是剪切面之間的摩擦力，即通常所說的殘余強度，並沒有表示岩石的摩擦特性。

對此可以作如下解釋。由於圖7-13中石灰岩和大理岩可以認為是均質材料，因而大致沿著承載能力最小的截面，即Coulomb准則預計的方向破壞。直徑D、高L的岩樣，其對角截面的傾角為 arctan（L/D），直徑為50mm、長度為100mm的岩樣，該角度是63.43°。這就是說，對於摩擦角大於36.87°或者說圍壓對強度的影響系數大於4的岩石，45°+φ/2就大於arctan（L/D），不能再以圖7-7分析Coulomb准則。而這樣的岩石確實很多，如砂岩、花崗岩、大理岩以及煤通常圍壓對強度影響系數都大於4^［6］。在岩石顆粒細微、均勻時，破壞面所需變形較小，試驗機壓頭的端部效應不很顯著，因而出現起止於上、下端面的平面剪切破壞。而顆粒特徵明顯的砂岩和大理岩，則因壓縮變形較大出現含圓錐的對角破壞。對大多數岩石來說，圍壓影響系數在6.25以下^［6］，就此而言，岩樣的長徑比最好能夠達到2.5，以避免試驗機壓頭的端部效應。

圖7-13 石灰岩試樣（單軸）、大理岩試樣（圍岩40MPa）的陡傾角破壞

a—石灰岩試樣；b—大理岩試樣

圖7-14 砂岩試樣不同圍壓下壓縮的全程曲線和破壞後照片

圖7-14是義馬礦煤層頂板砂岩部分試樣的常規三軸壓縮全程曲線和圍壓在10MPa和20MPa下壓縮破壞的照片^［17］。值得注意的是，破壞試樣存在張開的局部裂隙，且數量較多。這些裂隙面都垂直於試樣軸線。而在壓縮試驗之前，只是一些弱面，並未張開。為慎重起見，對鑽孔剩餘的岩塊、對從岩心切割下的端頭等都進行了仔細觀察，均未發現明顯的張開裂隙。

無疑，試樣壓縮過程中軸向應力升高，伴隨著彈性變形的增大。達到峰值應力時，試樣內弱面等部分材料已經屈服產生塑性變形，其彈性變形減小，而強度較高的材料則承載了比宏觀應力（名義應力）更大的載荷，因而也就具有更大的彈性變形。在試樣產生宏觀的剪切滑移、承載的軸向應力降低時，試樣內材料的彈性變形將逐步恢復。各處的彈性變形不同，強度較低的材料在彈性變形完全恢復之後，將在其他材料的作用下產生拉伸變形，從而形成張開的裂隙。為了研究試樣的破壞形式，在其沒有完全喪失承載能力時就停止軸向壓縮。圖7-14的兩個試樣仍保持完整形狀，長度僅比原始值減少0.1mm左右，遠小於實際的軸向壓縮變形。這表明卸載之後試樣的軸向變形得到相當程度的恢復，而產生塑性屈服的材料則在此過程中被拉伸破壞。

岩體工程的開挖就是一個卸載過程，圍岩體的破壞機理和力學特徵已經進行了廣泛的研究，三峽永久船閘的開挖也表明，岩體卸載之後會產生大量的張開裂隙，這些張開裂隙也是壓應力逐步降低過程中產生的^［18］。圖7-14的岩樣試驗結果為岩體的卸載破壞又提供了另一個解釋。

Ⅵ 生物質顆粒燃料可以用於普通鍋爐嗎

生物可以壓縮後類似於煤塊，其形狀、
熱值
基本和塊狀煤相似，
揮發分
略高，完全可以用於普通
燃煤鍋爐

Ⅶ 我的世界煤除了燒東西和做火把還能幹啥，用九塊煤做的那的東西是幹啥用的。

煤炭一般就是做火把和燒東西，火把消耗量小所以主要還是燒東西用，也就是用作燃料
九個煤炭合成的物品是煤炭塊，沒有什麼特殊的用處，也就是跟高質量的燃料，和便於存儲（一般挖到的礦物煤炭最多，經常出現礦物箱子半箱子煤炭的情況）
煤炭塊用於模組中的用處比較大，比如工業的火力發電機，煤炭塊的燃燒時間是800s，而一個煤炭是80s，也就是單從燃燒時間上多了一塊煤炭一樣。還有部分模組合成需要
望採納，謝謝！

Ⅷ 我的世界煤塊可以不用稿子挖嗎

不可以，但只用木稿子就可以了。

Ⅸ 不同煤塊加工的試樣強度的聯合回歸公式

對常規三軸壓縮試驗而言，岩樣強度是破壞試驗得到的，每一個岩樣只能得到一個圍壓下的強度，因而Coulomb准則只能由多個岩樣不同圍壓下的強度回歸分析得到。試驗規程一般要求不少於5個岩樣進行不同圍壓的軸向壓縮試驗。但是圍壓變化時岩樣也發生變化，而各個岩樣的強度特性並不相同。在進行Coulomb准則回歸時，實際上是認為圍壓對各個岩樣的作用是相同的，即系數K是一個材料參數；而各個岩樣的Q雖然不同，但在某個數值附近隨機變化，可以通過平均的方法消除其影響。不過，如果岩樣並不完全是隨機的，那麼回歸強度准則必須採取新的方法。

對不同煤塊加工的多個試樣進行了單軸和常規三軸壓縮試驗。結果表明，試樣的力學性質隨煤塊而變化，但圍壓對三軸強度的影響系數相同，因而給出一種聯合回歸方法。

3.5.1 試驗結果

從採煤工作面取回若干煤塊，加工成圓柱試樣。由於煤樣的成品率較低，同一煤塊加工的數量不可能很大。圖3-12是煤A、B、E試樣的單軸壓縮應力-應變曲線，強度和楊氏模量都有很大的離散性。有關數據在第1章1.6節的表1-1給出。但這些離散的數據之間仍有某種規律。顯然不同煤塊的力學特性存在整體的差異性。如煤塊A的強度整體小於煤塊B。

圖3-12 煤塊A、B、E的單軸壓縮為力-應變曲線

所有試樣在壓縮試驗前都進行了超聲波測試。超聲波速度以及由此確定的動態模量離散性較小。需要注意的是，在載荷為零的狀態下測試超聲波不足以反映試樣中不同方向的裂隙在載荷作用下的閉合及滑移特徵。如試樣內存在具有一定粘聚力和貫通整個試樣的大傾角弱面，單軸壓縮強度和楊氏模量都會很低，但超聲波速度完全可以很高。超聲波測量時，在探頭與岩樣端面之間進行耦合的潤滑脂（縱波測試）或錫箔（橫波測試），實際上就是一個特殊的弱面。因此動態模量與靜態模量、抗壓強度之間沒有明確的關系是可以理解的。顯然，利用超聲波速度對試樣進行分組試驗^［21］，對裂隙眾多的煤樣來說沒有作用。

圖3-13是煤塊B、C、D試樣的三軸壓縮應力-應變曲線。與單軸壓縮曲線不同的是，三軸壓縮時各個試樣的楊氏模量大致相同。即盡管試樣具有明顯的裂隙，這些裂隙是各不相同的，但變形特性相同的。這表明裂隙在圍壓作用下閉合之後，可以通過摩擦承載，因而試樣的變形趨於一致。

圖3-13 煤塊B、C、D的三軸壓縮應力-應變曲線

圖3-14是岩樣強度與圍壓的關系。盡管岩樣三軸強度存在離散性，如煤塊D圍壓10MPa的極限主應力差低於圍壓5MPa時的數值，整體仍具有線性增加的特徵。但不同煤塊的強度並不相同，表明材料內部的原始狀態存在差異。且由於單軸壓縮強度明顯偏低，為了得到真正的圍壓對三軸強度的影響系數，在回歸Coulomb強度准則時最好不要採用。圖3-14中三組煤樣的回歸結果是

T_B（66.8，4.60），R=0.982

T_C（9.68，4.57），R=0.992

T_D（58.7，4.43），R=0.979

顯然圍壓對岩樣三軸強度的影響系數K 與內摩擦角φ大致相同，而Q與粘聚力c差別很大。這進一步說明盡管試樣之間存在差異，但內摩擦系數確實可以表示材料的力學性質。

由於煤樣單軸壓縮和三軸壓縮的破壞方式不同，由三軸強度回歸得到的Q均大於實際單軸壓縮的強度（表1-1）。其中煤塊B的7個試樣單軸壓縮強度的最大值為35MPa，而回歸得到的Q為66.8MPa，差別最為顯著。此外，煤樣單軸壓縮結果離散性較大，而三軸壓縮離散性較小，也是顯見的事實。在第7章的7.2節將依據試樣內裂隙承載能力來解釋這些現象。

圖3-14 不同圍壓下的煤樣強度

3.5.2 不同煤塊強度的聯合回歸方法

由於煤內部存在大量的裂隙和弱面，從工作面取回的煤塊之間離散性很大，並且單一煤塊加工的試樣數量不會很大。因此在實際室內試驗時，有時必須對不同煤塊加工的試樣進行處理。如本次試驗，3個煤塊進行三軸試驗的數量為4、6、6，都不很多。在試樣數更少時，如利用3個強度進行回歸，確定兩個K，Q參數，那麼相關系數可能會提高，但並不能說明結果是可信的。

如前所述，煤塊之間的差異主要是內部的裂隙、弱面等，而作為材料力學性質的內摩擦系數是相同的。在進行常規三軸壓縮試驗時，意味著試樣材料強度Q不同，而圍壓的影響系數K相同。因此可以利用

σ_S=Q_i+Kσ₃ （3.23）

對不同煤塊的結果進行回歸。為方便起見，以x表示自變數圍壓，以y表示因變數強度。於是，對M個煤塊的各N_i個試樣，進行不同圍壓x_ij的試驗，得到強度y_ij，通過最小二乘法，即

岩石的力學性質

達到最小，可以確定圍壓影響系數K和各個煤塊的平均材料強度Q_i。K對所有的煤塊都是一樣的。回歸分析總共需要確定M+1個參數。具體求解過程如下。

為使δ達到最小，公式（3.24）對K和Q_i的導數為零，

岩石的力學性質

岩石的力學性質

由公式（3.26）得

岩石的力學性質

代入公式（3.25）解得

岩石的力學性質

再回代入公式（3.27）可以求的各個Q_i。聯合回歸的相關系數可以定義

岩石的力學性質

在M=1時，上述結果就是前面給出的普通線性回歸公式（3.9）。如果某一煤塊只有一個試樣，那麼它對K的結果沒有影響，在得到K之後可以確定其材料強度Q。若煤塊具有兩個以上試樣，試驗結果就對回歸參數產生制約。

利用公式（3.27）、（3.28）對圖3-14中三組數據進行聯合回歸，得到K=4.51，相關系數為0.985，相應的煤塊材料強度B為67.6MPa，C10.7MPa，D為57.6MPa。