瓦斯水合物煤体强度：饱和度与三轴压缩试验研究

本研究论文主要关注了含瓦斯水合物煤体在三轴压缩条件下的力学性质，这是煤炭工业中预防煤与瓦斯突出的关键领域。作者团队，由高霞、刘文新、高橙等人带领，利用水合固化反应与三轴压缩一体化原位试验装置进行了一项深入的实验研究。他们的核心目标是准确测定含瓦斯水合物煤体的力学特性，以更好地理解其在不同饱和度和围压下的行为。 研究结果显示，随着围压的增加，如1、2、3兆帕，含瓦斯水合物煤体的应力-应变曲线呈现出从软化型向硬化型的转变，这意味着其抵抗压缩的能力显著增强，破坏强度随之大幅提升。这说明在高压环境下，水合物的存在可能起到强化煤体结构的作用。 同时，随着饱和度的提高，煤样的破坏强度呈现线性增长，但饱和度对煤体的黏聚力和内摩擦角的影响并不明显。这表明虽然水合物生成增强了煤体的整体强度，包括破坏强度（即抗拉强度）和变形模量（反映材料抵抗形变的能力），但是对保持煤体紧密结合的黏聚力以及摩擦阻力的贡献相对较小。 对比含瓦斯煤体，含水合物煤体显示出更强的力学性能，尤其是在强度和模量方面，这可能是由于水合物分子在煤体内部形成稳定的结构，增加了煤体的稳定性。然而，值得注意的是，尽管强度有所提升，黏聚力的变化不大，这可能意味着在某些情况下，水合物的引入可能不会显著改变煤体的流动性和稳定性。 该研究的重要性在于，它提供了关于含瓦斯水合物煤体在实际开采条件下行为的新见解，对于制定更有效的瓦斯防治策略和安全措施具有重要意义。此外，论文还引用了多个国家自然科学基金项目的资金支持，反映出这一领域的研究受到学术界和工业界的广泛关注。 这项研究通过对含瓦斯水合物煤体的力学性质进行细致的实验分析，为深入理解此类煤体的力学行为提供了重要的数据支持，对于保障煤炭开采过程中的安全性和效率具有实用价值。