加卸载应力条件下原煤力学与渗透特性的实验研究

发布时间：2021-04-09 10:02

　　以川煤集团芙蓉公司某煤矿C1煤层的煤样为研究对象,利用煤岩热流固耦合三轴伺服渗流实验装置（THM-2）,进行加卸载应力条件下原煤力学及渗透特性实验。研究结果表明:同一加卸载控制点下,原煤破坏时的体应变随加卸载速率比的增大而减小,破坏时的径向应变和轴向应变随加卸载速率比的增大而增大,随加卸载速率比增大,原煤破坏形态逐渐由多宏观断裂面向单一宏观断裂面发展。同一加卸载速率比下,原煤强度随加卸载控制点的增大而增大,原煤的破坏角随加卸载控制点的增大而减小。原煤在加卸载应力条件下,随着加卸载速率比增大,屈服阶段的渗透率响应变化量呈线性关系降低,加卸载控制点到原煤产生渗透率变化的应变响应变化量呈线性关系增大。 

【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(02)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

不同加卸载应力条件下原煤应力-应变曲线

图1 不同加卸载应力条件下原煤应力-应变曲线分析图1和表1还可以发现，当原煤处于相同n时，原煤强度σ随着σ′的增大而增大。以n=15时为例，n从17 MPa增加到37 MPa时，原煤强度σ增加了28.6%。围压卸载会对原煤的原始孔隙、裂隙的扩展贯通起促进作用，加卸载控制点升高，围压在较大的轴向应力时才开始卸载，煤岩侧向约束时间延长，阻碍了原煤孔隙、裂隙的扩展，使原煤要经历更多轴向加载才能进入屈服和破坏阶段，最终使原煤强度增大。不同加卸载控制点下原煤破坏形态如图3。图3给出了n=15时，不同加卸载控制点σ′下原煤的破坏形态。采用破坏角的概念来定量化描述，破坏角是煤样在三向受力条件下破坏时，断裂面与最大主应力方向的夹角[13]。煤样g、煤样d、煤样a的破坏角分别为37.0°、35.0°、33.5°，可以发现随着增大，破坏角不断降低。

在实验过程中使用流量计，采集不同加卸载应力条件下原煤中瓦斯气体的流量。假设实验全过程为等温过程，渗流全过程符合达西定律。则可以得到煤样渗透率公式为：式中：K为煤样渗透率，m2;Q为瓦斯渗透瞬时流量，m3/s;u为测定温度下的瓦斯动力黏度，取1.12×10-5Pa·s;h为试件长度，cm;A为煤样横截面积，cm2;p1为进气端气压，Pa;p2为出气端气压，Pa。

【参考文献】：
期刊论文
[1]不同加载条件下原煤力学渗流特性试验研究[J]. 陈春谏,赵耀江,杨阳.  煤矿安全. 2018(01)
[2]基于加卸载速度影响下的含瓦斯煤力学及渗透特性实验研究[J]. 蒋长宝,俞欢,段敏克,李广治.  采矿与安全工程学报. 2017(06)
[3]加卸载下原煤力学特性及渗透演化规律[J]. 赵宏刚,张东明,刘超,邓博知,边光,李文璞.  工程科学学报. 2016(12)
[4]不同含水状态下含瓦斯原煤加卸载试验研究[J]. 蒋长宝,段敏克,尹光志,吴贵平,俞欢.  煤炭学报. 2016(09)
[5]加卸载条件下原煤渗透率与有效应力的规律[J]. 尹光志,李文璞,李铭辉,李星,邓博知,蒋长宝.  煤炭学报. 2014(08)
[6]卸载煤体渗透特性及微观结构应力效应研究[J]. 潘荣锟,王力,陈向军,陈海栋.  煤炭科学技术. 2013(07)
[7]加卸载条件下煤岩变形特性与渗透特征的试验研究[J]. 许江,李波波,周婷,刘东,程立朝,曹偈.  煤炭学报. 2012(09)
[8]含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律实验[J]. 蒋长宝,黄滚,黄启翔.  煤炭学报. 2011(12)
[9]不同开采条件下采动力学行为研究[J]. 谢和平,周宏伟,刘建锋,高峰,张茹,薛东杰,张勇.  煤炭学报. 2011(07)
[10]含瓦斯煤岩卸围压变形特征及瓦斯渗流试验[J]. 蒋长宝,尹光志,黄启翔,司焕儒.  煤炭学报. 2011(05)



本文编号：3127424