煤岩蠕变渗流特性及耦合试验研究
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更新于2024-09-01
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"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。
2021-06-13 上传
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