液氮注入低渗煤层致裂、增透是提高瓦斯抽采率的新技术。液氮作为超低温流体,与煤作用时产生的温度应力会引起煤结构的损伤并改变其力学特性,进而影响煤矿的安全开采。为了深入研究液氮冻融循环对煤力学特性的影响,研究人员对取自纳林河矿的原煤进行了实验。实验包括液氮冻融循环处理和一系列力学特性测试,如波速测试、单轴压缩试验和循环荷载试验等。

测试结果显示,液氮冷冻和冻融循环次数对煤的力学特性产生了显著影响。液氮处理一次后,煤样的波速、弹性模量、单轴抗压强度、破坏应变和疲劳寿命分别降低了32.9%、0.2%、29.9%、35.9%和22.7%,而泊松比和压密应变则分别增加了18.2%和2.1%。当液氮作用三次时,这些指标的变化更加剧烈,波速、弹性模量、单轴抗压强度、破坏应变和疲劳寿命的降低幅度达到了44.9%、20.8%、57.8%、44.7%和42.3%,泊松比和压密应变则分别增加了59.1%和16.7%。这些数据表明,随着液氮冻融循环次数的增加,煤样结构的损伤和力学性能的劣化均明显加剧。