循环加卸载煤样裂隙结构表征及其对渗流特性的影响
发布时间：2022-01-17 15:28
煤层群保护层开采影响范围内的煤层会受不同煤层的采动应力影响,煤层在开采前可能已经经历了不同强度采动影响的反复加卸。本文综述了现有煤炭开采应力路径变化规律的研究。在已有的保护层开采影响应力路径和被保护层煤体应力分布规律的基础上,提出了煤层群多保护层开采情况下,不同应力集中系数的采动影响强度循环加卸载应力路径。在此基础上,实验中钻取烟煤煤样,并在自制的受载煤体注气驱替瓦斯测试仪开展实验研究。通过理论分析等方法,以上保护层工作面开采引起的煤层群循环加卸载应力路径为基础,研究分析了高应力集中重复采动应力作用下裂隙结构的微观表征。本文探究了采动应力影响过程中重复采动过程中,采动循环次数有效应力和孔隙压力与渗透率之间的关系,以及不同应力参数对煤体渗流敏感性的影响规律。主要取得了以下研究成果:（1）循环加卸载实验前后煤体裂隙分布差异较大,裂隙的阈值分割采用平均灰度值法和深度学习分割的组合方法能够取得非常好的分割结果。并成功获得了煤体裂隙结构的三维模型。煤体受重复采动应力影响破裂前后的内部裂隙网络均具有良好的自相似性。破裂前后的裂隙网络的分形数增加。（2）高应力集中重复采动应力应力路径下,随着保护层开...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
不同轴向和围压应力的应力路径[17]
1绪论3图1-1不同轴向和围压应力的应力路径[17]Figure1-1Stresspathsforunequalaxialandconfiningstresses图1-2恒压和卸载围压试验加载路径[18]Figure1-2Loadingpathsforbothconstantandunloadingconfiningpressuretests图1-3不同开采方式下的加载方案[19]Figure1-3Loadingschemesunderdifferentmininglayouts图1-4采动影响下保护层的应力路径[20]Figure1-4Thestresspathoftheprotectedlayerundertheinfluenceofmining然而工作面下部煤层渗透性受应力路径变化对煤炭开采影响较小，因此所受关注较少。但近年来，随着矿井瓦斯综合开发利用关注度越来越高，相关研究也陆续展开。煤层群多保护层卸压相较于单一煤层卸压应力路径更为复杂多变[21]。由于煤层群多个工作面推进影响，煤层所受的应力状态实际是加载-卸载的周期性变化，且每个周期应力路径各不相同[22]。保护层开采应力扰动会使相近煤层产生明显的卸压及增压区，并随着工作面内推进而不断扩大影响范围。而当进行下一煤层的开采时同样会重复上一过程且应力场更为复杂，这使得后续开采的部分煤层反复承受不同应力的加卸载，煤层裂隙经历了生成、扩展、压实、拉伸、再压实等的动态过程。仅就加载过程而言，通常认为随着有效应力的增加渗透率逐渐减小[23]。但当煤样处于屈服后期煤样渗透率缓慢增加，样品破坏后渗透性急剧增加[24-26]。而应力卸载时，渗透率会随有效应力的降低而升高。DengYanli等也通过模拟实验证明了上述过程[27]。上保护层开采的应力路径下，通过声发射装置的测试发现，煤体受应力影响产生破坏，
1绪论3图1-1不同轴向和围压应力的应力路径[17]Figure1-1Stresspathsforunequalaxialandconfiningstresses图1-2恒压和卸载围压试验加载路径[18]Figure1-2Loadingpathsforbothconstantandunloadingconfiningpressuretests图1-3不同开采方式下的加载方案[19]Figure1-3Loadingschemesunderdifferentmininglayouts图1-4采动影响下保护层的应力路径[20]Figure1-4Thestresspathoftheprotectedlayerundertheinfluenceofmining然而工作面下部煤层渗透性受应力路径变化对煤炭开采影响较小，因此所受关注较少。但近年来，随着矿井瓦斯综合开发利用关注度越来越高，相关研究也陆续展开。煤层群多保护层卸压相较于单一煤层卸压应力路径更为复杂多变[21]。由于煤层群多个工作面推进影响，煤层所受的应力状态实际是加载-卸载的周期性变化，且每个周期应力路径各不相同[22]。保护层开采应力扰动会使相近煤层产生明显的卸压及增压区，并随着工作面内推进而不断扩大影响范围。而当进行下一煤层的开采时同样会重复上一过程且应力场更为复杂，这使得后续开采的部分煤层反复承受不同应力的加卸载，煤层裂隙经历了生成、扩展、压实、拉伸、再压实等的动态过程。仅就加载过程而言，通常认为随着有效应力的增加渗透率逐渐减小[23]。但当煤样处于屈服后期煤样渗透率缓慢增加，样品破坏后渗透性急剧增加[24-26]。而应力卸载时，渗透率会随有效应力的降低而升高。DengYanli等也通过模拟实验证明了上述过程[27]。上保护层开采的应力路径下，通过声发射装置的测试发现，煤体受应力影响产生破坏，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CT扫描的煤岩裂隙特征及其对破坏形态的影响[J]. 付裕,陈新,冯中亮. 煤炭学报. 2020(02)
[2]基于深度学习的器官自动分割研究进展[J]. 郭雯,鞠忠建,吴青南,全红,戴相昆. 医疗卫生装备. 2020(01)
[3]基于高能CT扫描的煤岩水力压裂裂缝扩展研究[J]. 孙逊,张士诚,马新仿,邹雨时. 河南理工大学学报(自然科学版). 2020(01)
[4]低频振动影响下煤岩渗透特性及细观破裂试验[J]. 宋洋,李征,李永启,王晨炟. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2019(05)
[5]图像分割方法综述[J]. 王秋萍,张志祥,朱旭芳. 信息记录材料. 2019(07)
[6]中国煤层气产业发展障碍及其对策[J]. 张遂安,张典坤,彭川,袁玉. 天然气工业. 2019(04)
[7]花岗岩电镜扫描图像二值化阈值对分形维数影响的研究[J]. 申科,付厚利,秦哲,王强,张立博. 地质与勘探. 2019(01)
[8]基于脉冲衰减法的煤岩渗透率应力敏感性研究[J]. 陈浩,秦勇,李贵中,陈振宏,庚勐,邓泽,田文广,桑广杰. 煤炭科学技术. 2018(06)
[9]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)
[10]单轴受压条件下煤岩非均质性对其破坏特征的影响[J]. 宋红华,赵毅鑫,姜耀东,张修泽. 煤炭学报. 2017(12)
博士论文
[1]高瓦斯煤层群应力—裂隙—渗流耦合作用机理及其对卸压抽采的影响[D]. 张村.中国矿业大学 2017
[2]围岩与煤储层裂隙对应关系研究及应用[D]. 张洲.中国地质大学 2016
[3]采动裂隙岩体应力恢复及其渗透性演化[D]. 王文学.中国矿业大学 2014
硕士论文
[1]岩石流变力学特性CT试验研究[D]. 白骏.太原理工大学 2019
[2]基于煤岩体CT图像裂隙三维重建及其特性研究[D]. 刘敏.中国矿业大学 2017
本文编号：3594977
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
不同轴向和围压应力的应力路径[17]
1绪论3图1-1不同轴向和围压应力的应力路径[17]Figure1-1Stresspathsforunequalaxialandconfiningstresses图1-2恒压和卸载围压试验加载路径[18]Figure1-2Loadingpathsforbothconstantandunloadingconfiningpressuretests图1-3不同开采方式下的加载方案[19]Figure1-3Loadingschemesunderdifferentmininglayouts图1-4采动影响下保护层的应力路径[20]Figure1-4Thestresspathoftheprotectedlayerundertheinfluenceofmining然而工作面下部煤层渗透性受应力路径变化对煤炭开采影响较小，因此所受关注较少。但近年来，随着矿井瓦斯综合开发利用关注度越来越高，相关研究也陆续展开。煤层群多保护层卸压相较于单一煤层卸压应力路径更为复杂多变[21]。由于煤层群多个工作面推进影响，煤层所受的应力状态实际是加载-卸载的周期性变化，且每个周期应力路径各不相同[22]。保护层开采应力扰动会使相近煤层产生明显的卸压及增压区，并随着工作面内推进而不断扩大影响范围。而当进行下一煤层的开采时同样会重复上一过程且应力场更为复杂，这使得后续开采的部分煤层反复承受不同应力的加卸载，煤层裂隙经历了生成、扩展、压实、拉伸、再压实等的动态过程。仅就加载过程而言，通常认为随着有效应力的增加渗透率逐渐减小[23]。但当煤样处于屈服后期煤样渗透率缓慢增加，样品破坏后渗透性急剧增加[24-26]。而应力卸载时，渗透率会随有效应力的降低而升高。DengYanli等也通过模拟实验证明了上述过程[27]。上保护层开采的应力路径下，通过声发射装置的测试发现，煤体受应力影响产生破坏，
1绪论3图1-1不同轴向和围压应力的应力路径[17]Figure1-1Stresspathsforunequalaxialandconfiningstresses图1-2恒压和卸载围压试验加载路径[18]Figure1-2Loadingpathsforbothconstantandunloadingconfiningpressuretests图1-3不同开采方式下的加载方案[19]Figure1-3Loadingschemesunderdifferentmininglayouts图1-4采动影响下保护层的应力路径[20]Figure1-4Thestresspathoftheprotectedlayerundertheinfluenceofmining然而工作面下部煤层渗透性受应力路径变化对煤炭开采影响较小，因此所受关注较少。但近年来，随着矿井瓦斯综合开发利用关注度越来越高，相关研究也陆续展开。煤层群多保护层卸压相较于单一煤层卸压应力路径更为复杂多变[21]。由于煤层群多个工作面推进影响，煤层所受的应力状态实际是加载-卸载的周期性变化，且每个周期应力路径各不相同[22]。保护层开采应力扰动会使相近煤层产生明显的卸压及增压区，并随着工作面内推进而不断扩大影响范围。而当进行下一煤层的开采时同样会重复上一过程且应力场更为复杂，这使得后续开采的部分煤层反复承受不同应力的加卸载，煤层裂隙经历了生成、扩展、压实、拉伸、再压实等的动态过程。仅就加载过程而言，通常认为随着有效应力的增加渗透率逐渐减小[23]。但当煤样处于屈服后期煤样渗透率缓慢增加，样品破坏后渗透性急剧增加[24-26]。而应力卸载时，渗透率会随有效应力的降低而升高。DengYanli等也通过模拟实验证明了上述过程[27]。上保护层开采的应力路径下，通过声发射装置的测试发现，煤体受应力影响产生破坏，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CT扫描的煤岩裂隙特征及其对破坏形态的影响[J]. 付裕,陈新,冯中亮. 煤炭学报. 2020(02)
[2]基于深度学习的器官自动分割研究进展[J]. 郭雯,鞠忠建,吴青南,全红,戴相昆. 医疗卫生装备. 2020(01)
[3]基于高能CT扫描的煤岩水力压裂裂缝扩展研究[J]. 孙逊,张士诚,马新仿,邹雨时. 河南理工大学学报(自然科学版). 2020(01)
[4]低频振动影响下煤岩渗透特性及细观破裂试验[J]. 宋洋,李征,李永启,王晨炟. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2019(05)
[5]图像分割方法综述[J]. 王秋萍,张志祥,朱旭芳. 信息记录材料. 2019(07)
[6]中国煤层气产业发展障碍及其对策[J]. 张遂安,张典坤,彭川,袁玉. 天然气工业. 2019(04)
[7]花岗岩电镜扫描图像二值化阈值对分形维数影响的研究[J]. 申科,付厚利,秦哲,王强,张立博. 地质与勘探. 2019(01)
[8]基于脉冲衰减法的煤岩渗透率应力敏感性研究[J]. 陈浩,秦勇,李贵中,陈振宏,庚勐,邓泽,田文广,桑广杰. 煤炭科学技术. 2018(06)
[9]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)
[10]单轴受压条件下煤岩非均质性对其破坏特征的影响[J]. 宋红华,赵毅鑫,姜耀东,张修泽. 煤炭学报. 2017(12)
博士论文
[1]高瓦斯煤层群应力—裂隙—渗流耦合作用机理及其对卸压抽采的影响[D]. 张村.中国矿业大学 2017
[2]围岩与煤储层裂隙对应关系研究及应用[D]. 张洲.中国地质大学 2016
[3]采动裂隙岩体应力恢复及其渗透性演化[D]. 王文学.中国矿业大学 2014
硕士论文
[1]岩石流变力学特性CT试验研究[D]. 白骏.太原理工大学 2019
[2]基于煤岩体CT图像裂隙三维重建及其特性研究[D]. 刘敏.中国矿业大学 2017
本文编号：3594977
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