加卸载速度对含瓦斯煤力学及渗透特性影响实验研究
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更新于2024-09-04
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"该研究基于加卸载速度对含瓦斯煤力学及渗透特性的影响,通过自行设计的热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,对四川白皎煤矿的原煤样本进行了实验。实验结果显示,煤样的强度与初始静水压力成对数关系,与加卸载速度成幂函数关系,且加卸载速度加快会降低其强度。煤样的破坏形式主要为剪切破坏,部分情况呈现张剪复合破坏。渗透率的变化并不总是呈现经典的‘V’型,当出现张剪复合破坏时,会形成‘W’型变化。此外,与无瓦斯条件相比,含瓦斯煤在加卸载过程中的强度更低,破坏时的轴向应变减小,变形模量变化率增大,扩容现象更显著。"
在矿井安全生产中,含瓦斯煤的力学和渗透特性是至关重要的考虑因素,因为它们直接影响到矿井的安全性和瓦斯治理效率。本研究通过自行研发的热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,模拟了真实矿井环境下的加卸载过程,对含瓦斯煤的性能进行了深入探究。
首先,研究发现煤样的强度受初始静水压力和加卸载速度的双重影响。随着初始静水压力的增加,煤样的强度呈现出对数增长趋势,这是由于压力增加导致煤体内部结构的压缩,增强了煤体的抵抗能力。然而,当加卸载速度加快时,煤样的强度会按幂函数关系下降,这可能是因为快速的加载和卸载导致煤体内部应力分布的不均匀,增加了煤体的脆弱性。
其次,煤样的破坏形式多样,主要为剪切破坏,这通常与煤层的自然裂隙和节理发育有关。部分情况下,煤样会经历张剪复合破坏,这种现象表明煤体在受到多方向应力的作用下,不仅有剪切应力也有拉伸应力参与,从而导致更复杂的破坏模式。
此外,关于煤样的渗透特性,传统认为渗透率会随压力增加先减小后增大,形成‘V’型曲线。但本研究揭示,在张剪复合破坏条件下,渗透率在峰值点附近会出现一个下降阶段,形成‘W’型变化,这可能是由于煤体在张力作用下产生新的裂隙或原有裂隙扩展,使得气体流动路径发生改变,短暂降低了渗透性,直到煤体破坏后,裂隙网络的开放性增强,渗透率迅速上升。
最后,与无瓦斯条件相比,含瓦斯煤在加卸载过程中表现出更低的强度,这意味着瓦斯的存在可能削弱了煤体的稳定性。同时,破坏时的轴向应变减小,说明瓦斯可能会改变煤体的应变模式。变形模量变化率的增大意味着瓦斯加载可能导致煤体快速变形,这对矿井安全预警具有重要意义。扩容现象的加剧则暗示瓦斯的存在会促进煤体的体积扩张,增加了瓦斯突出的风险。
这项研究揭示了加卸载速度对含瓦斯煤力学及渗透特性的重要影响,为矿井瓦斯防治和安全管理提供了新的理论依据,有助于优化矿井的通风系统设计和瓦斯抽采策略。未来的研究可以进一步探讨不同煤种、不同瓦斯含量以及不同地质条件下的具体差异,以提高预测和控制矿井瓦斯灾害的能力。
2020-06-13 上传
2020-05-27 上传
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