热流固耦合下含瓦斯煤的渗流特性及其对突出风险的影响

本研究聚焦于含瓦斯煤的热流固耦合渗流特性，通过对晋城煤业集团赵庄矿3号煤层无烟煤进行实验研究。利用自主研发的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置”，在恒定瓦斯压力和围压的条件下，对煤样在不同温度下的力学性能和瓦斯渗流行为进行了深入探讨。 首先，研究发现随着煤样温度的上升，煤的三轴抗压强度呈现出降低的趋势，这意味着高温环境下煤的承载能力和抵抗破坏的能力减弱。与此同时，煤样的弹性模量有所增大，反映了其在受力时的刚度增强。这一结果对于理解煤层在开采过程中的力学响应以及潜在风险至关重要。 其次，实验结果显示煤样的渗透率随温度的升高整体上呈现下降趋势。较低的渗透率对于瓦斯抽放来说是不利的，因为它可能导致煤层内部的瓦斯压力分布不均，特别是深层与工作面之间会形成较大的压力梯度。在煤样屈服阶段，高温下渗透率的增长更为显著，这无疑增加了煤与瓦斯突出的风险，即煤炭开采过程中的安全隐患。 最后，关于煤体渗透率与应力的关系，研究揭示了一个非线性的特征，即渗透率并不单纯随着应力的增加而递减，而是取决于煤体所处的具体应力-应变状态。这意味着在不同的工作条件和应力水平下，煤体的瓦斯渗流特性可能表现出不同的行为模式。 这项实验提供了对含瓦斯煤热流固耦合渗流行为的深入理解，为优化采煤工艺、预防瓦斯事故，特别是在复杂煤层条件下，提供了重要的科学依据和技术指导。未来的研究可以进一步探索如何通过控制温度和应力条件来改善煤层的瓦斯管理，确保煤炭开采过程的安全性和效率。