瓦斯压力下原煤卸荷过程的力学与渗透特性研究

本文主要探讨了瓦斯压力对卸荷原煤力学特性和渗透特性的影响。研究采用了一种自主研发的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置，针对不同瓦斯压力条件下的原煤样本进行了固定轴向应力卸围压瓦斯渗流实验。实验结果显示，当卸载围压开始时，煤炭经历了显著的扩容，表现为径向的明显膨胀应变，这导致煤体内的渗流通道开启，瓦斯的渗流速率随之加速。随着瓦斯压力的增加，每解除单位围压，煤样的变形程度增大，渗流速率的上升速度也随之提升。瓦斯压力的高低直接影响煤体的强度，压力越高，煤样从卸压到破裂所需时间越短，意味着其强度较低。 在卸压初期，煤样的变形模量变化不大，但当进入屈服阶段和失稳破坏阶段后，这一指标的减小速度明显加快。整个卸压过程中，煤样的变形模量下降了大约3.71%至7.45%，显示出其在受力下的柔韧性逐渐减弱。同时，研究发现，围压与泊松比之间存在幂函数关系，即随着围压的增大，泊松比也呈线性增长，反映了煤体的压缩和弹性行为。 这些结果对于理解煤炭开采中的瓦斯释放机制、安全评估以及优化卸压策略具有重要意义。通过对卸荷原煤力学和渗透特性的深入研究，可以为防止瓦斯突出、控制矿井通风和提高生产效率提供科学依据。此外，该研究还可能对瓦斯治理技术的发展有所启示，包括瓦斯抽采方法的选择和优化，以及在实际操作中如何有效管理煤炭的卸载过程，确保安全和经济运行。