煤岩加卸载变形与渗透特性试验研究

"加卸载条件下煤岩变形特性与渗透特征的试验研究" 本文是一篇关于煤岩力学特性和瓦斯渗透性的深入实验研究，主要针对原煤样本进行。研究人员使用了自主研发的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验系统，通过施加轴压并卸除围压的方式，模拟矿井中的实际工况，以探究煤岩在加卸载过程中的变形规律和渗透特性。 首先，实验结果显示，加卸载条件下的煤岩峰值强度显著低于传统三轴压缩试验的峰值强度。在加载和卸载过程中，主应力差呈现明显的增长趋势。特别是在卸载的第二阶段，如果卸载速率增大，曲线的斜率也会增大，但相应的峰值强度会降低。同时，这会导致径向应变ε3和体积应变εV的增加速率加快。然而，在达到峰值强度后进入破坏阶段，这些应变均呈现出下降的趋势，揭示了煤岩结构稳定性随着卸载加剧而逐渐减弱的现象。 其次，煤岩的渗透率、应力差与应变之间的关系在加卸载过程中可划分为三个阶段：初始压密和屈服阶段、屈服后阶段以及破坏失稳阶段。在试件达到峰值强度后，瓦斯渗透率会出现短暂的小幅上升，随后经过一段时间，渗透率会急剧增加，这表明煤岩内部的微裂隙和孔隙结构在卸载过程中可能发生显著变化，从而影响瓦斯的流动特性。 最后，研究还发现煤岩的渗透率与其变形损伤的演化过程密切相关。渗透率随着煤岩的变形增大而呈二次多项式函数递增，这意味着煤岩的变形不仅影响其强度，还直接影响其对瓦斯的传输能力。 这些研究结果对于理解矿井中的瓦斯灾害预防具有重要意义，因为它们揭示了煤岩在实际工作条件下如何响应压力变化，以及这些变化如何影响瓦斯的迁移和聚集。这对于优化矿井通风策略、提高瓦斯抽采效率以及制定安全操作规程提供了科学依据。此外，该研究还强调了自主研制的试验系统在模拟真实工况和探索煤岩动态行为方面的作用，为未来更深入的理论研究和实际应用奠定了基础。