煤岩蠕变渗流特性及耦合试验研究

"该研究应用自行设计的CSCG-160型重力液压恒载蠕变渗流试验系统，对含瓦斯煤岩进行了蠕变渗流特性试验，探讨了煤体在蠕变过程中的变形和渗流特性，并通过数值模拟进行对比分析。结果显示，煤岩具有显著的蠕变特性，且受蠕变载荷影响表现出不同阶段的行为。此外，煤岩的渗透率会随时间和蠕变载荷增加而发生变化，这与煤岩的孔隙结构密切关联。" 蠕变和渗流是地质力学和煤矿安全领域的关键问题，尤其是对于含瓦斯煤岩而言，理解其蠕变和渗流的耦合效应至关重要。蠕变是指材料在长时间持续应力作用下逐渐发生的塑性形变，而渗流则是指流体通过多孔介质的流动。在煤岩中，这两个过程相互影响，可能导致瓦斯的非线性释放和煤体结构的不稳定。 本研究中，采用的CSCG-160型重力液压恒载蠕变渗流试验系统，能精确模拟实际工况下的煤岩受力状态，从而获取煤样在不同蠕变载荷下的变形和渗流数据。试验发现，当蠕变载荷较小时，煤岩表现出衰减蠕变，即形变速度随着时间逐渐降低；而在较高蠕变载荷下，煤岩则经历典型的蠕变三个阶段：初始阶段、稳态阶段和加速阶段。 煤岩的环向应变与轴向应变的关系揭示了煤体内部的应力分布变化。随着轴向应变的增大，煤岩试样的环向应变也随之增大，这表明煤岩受到更大的径向压缩。同时，体积应变的变化揭示了煤岩在受压过程中的体积变化，最初体积会因应变增加而增大，但随后会减少，这可能与煤岩内部孔隙的闭合或重塑有关。 煤岩的渗透率是衡量气体通过煤层能力的关键指标。研究显示，煤岩渗透率随时间的延长而增加，这与蠕变试验中观察到的形变趋势一致。蠕变载荷水平的增加会提高煤岩的渗透率，这意味着更大的应力可能导致孔隙结构的改变，增加了气体流动的通道。此外，轴向应变的增大不仅导致渗透率的增加，还加快了渗透率增大的速率，表明应变对孔隙结构的影响加剧。 这些发现对于预测和控制煤矿瓦斯涌出、预防煤与瓦斯突出事故具有重要意义。通过深入理解含瓦斯煤岩的蠕变渗流耦合特性，可以优化矿井通风策略，提高矿井的安全性，并为地质灾害防治提供理论依据。进一步的研究应关注如何利用这些试验数据和数值模拟结果，发展更精确的煤岩力学和流体动力学模型，以更好地模拟和预测矿井中的复杂地质现象。