液氮冷加载对节理煤样损伤研究：影响与规律

"液氮冷加载对不同节理煤样结构损伤的影响-论文" 这篇论文主要探讨了液氮冷加载对不同类型节理煤样结构损伤的影响，以提高煤层气的开采效率。研究背景是煤体的节理结构，它是煤层气的主要存储空间和渗流通道，而煤层的低渗透性是制约煤层气开采效率的关键因素。由于节理的形状、角度和贯穿程度不同，煤体的物理力学性质也存在显著差异。 实验设计中，研究者选取了阜新盆地的长焰煤，制成了50 mm × 50 mm × 50 mm的正方体煤样，将这些煤样置于液氮中进行冷加载处理。具体方法是将煤样浸泡在液氮中4小时，然后在室温下放置20小时，形成一个冷加载周期（T）。通过重复这个过程，直至煤样破裂，研究不同冷加载周期对煤样结构的影响。 通过激光共聚焦显微镜、声波测试仪和单轴压缩试验机等多种实验设备，研究人员观察了煤样的表面损伤、整体裂隙扩展和单轴抗压强度的变化。研究结果显示： 1. 贯穿型节理煤样（Ⅰpb15°,Ⅰam45°和Ⅰal60°）在不同的冷加载周期后，其节理结构累积损伤达到煤岩强度极限，进而发生破碎。具体来说，与层理呈45°的节理在冷加载后扩展最明显，分别在8T、6T和7T后破碎。 2. 相同冷加载周期下，贯穿型节理煤样的损伤扩展速度高于半贯穿型和未贯穿型节理煤样。 3. 液氮冷加载和作用周期均对煤样节理结构的损伤起着重要作用，这一现象符合断裂力学的理论。 这些研究结果对于理解和预测冷加载对煤体结构的损伤规律具有重要意义，有助于未来对煤层气开采技术的改进。通过调整冷加载条件，可能可以有效地增加煤层的渗透性，从而提高煤层气的开采效率。同时，此研究也提供了对岩体在极端温度条件下力学行为的深入认识，对于其他地下工程，如矿井开采和地质灾害预防也有一定的参考价值。