构造煤加卸载下的峰值前渗透率变化实验研究

本研究论文主要探讨了在加卸载条件下，构造煤（特别是豫西“三软”类型）的渗透率变化特征。研究采用了一种自主研发的热流固耦合三轴渗流实验装置，该装置专门用于对含瓦斯煤样本进行精确的三轴压缩测试。实验对象是典型豫西地区具有特殊地质特性的构造煤，其在受到轴向应力的作用下，渗透率表现出了显著的变化。 首先，研究发现，在三轴压缩作用下，含瓦斯煤的渗透率与轴向应变之间的关系呈现出斜“V”字型走势，这意味着随着轴向应变的增加，渗透率在初始阶段快速下降，随后在一定程度上趋于稳定或略有回升。这一现象表明了煤体在承受应力时，其内部结构会发生相应的变化，导致渗透性发生变化。 其次，当施加轴向应力时，渗透率呈现出减小的趋势，而在卸载过程中则有所恢复。这说明煤的渗透性并非完全由应力决定，卸载过程中的部分恢复可能与煤体内部结构的暂时性调整有关。通过数据分析，研究人员发现煤样渗透率与轴向应力在加卸载过程中的关系遵循负指数函数分布，这意味着渗透率的改变与应力的关系是非线性的，并提供了相应的数据拟合参数，这对于理解和预测构造煤的渗流行为至关重要。 进一步深入研究，加载过程中，有效应力越大，渗透率的无因次量（即考虑了应力影响后的相对渗透率）降低的速率也越大。这表明有效应力在控制煤体渗透性方面起着关键作用。相反，卸载过程中，当有效应力增大时，渗透率无因次量的变化幅度减小，且变化速率接近于零，显示出一种趋于稳定的趋势。 最后，渗透率无因次量与有效应力之间的关系被证实服从负指数函数分布，这意味着两者之间的关系是幂律关系，这为量化煤体在加卸载条件下的渗流行为提供了数学模型。这项研究成果对于深入理解构造煤的力学性质、瓦斯运移规律以及在矿井开采过程中的安全影响具有重要的理论价值和实践意义。 总结来说，本研究通过实验证明了构造煤在加卸载作用下的渗透率变化规律，为优化煤矿开采工艺、预防瓦斯事故的发生提供了科学依据和技术指导。