不同孔隙压力和围压下煤岩渗透及力学特性试验研究

作     者：付佳乐 李波波 高政 吴学海 王忠晖 许江 FU Jiale;LI Bobo;GAO Zheng;WU Xuehai;WANG Zhonghui;XU Jiang

作者机构：贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州大学喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室贵州贵阳550025 贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵州贵阳550025 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2023年第51卷第8期

页      面：150-159页

核心收录：

学科分类：081902[工学-矿物加工工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52064007) 贵州省科技厅-贵州大学科技合作计划资助项目(黔科合基础-ZK〔2021〕重点052) 

主　　题：煤岩 孔隙压力 渗透率 损伤变量 塑性应变 

摘      要：随着煤矿开采深度不断增大,煤岩力学性质响应和瓦斯运移机制变得异常复杂。为探究工程上先抽后采一体化作业下煤岩损伤演化规律和瓦斯渗流机制,以重庆松藻煤矿K2煤层型煤试样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,对同一试件先后进行了降孔隙压力渗流试验和三轴压缩-渗流试验。根据弹塑性理论,推导表征煤岩全应力应变关系的统计损伤本构模型,进一步构建考虑损伤作用下煤岩渗透率模型。研究结果表明:在降孔隙压力渗流试验中,恒定外应力条件下的煤岩渗透率随孔隙压力降低呈现出先平缓上升后急剧上升趋势。在此过程中,煤岩渗透率变化受有效应力和瓦斯解吸相互竞争影响;在三轴压缩-渗流试验过程中,不同围压下煤岩变形阶段特征基本相似,随着围压增大,煤岩力学性质得到强化。煤岩渗透率曲线随轴向应变增大呈负指数函数变化;损伤变量曲线和塑性应变曲线随轴向应变增大均呈现先缓慢升高后急剧升高趋势,损伤演化过程与煤岩变形破坏各阶段全应力应变曲线相对应;通过与试验数据对比验证所建损伤本构模型和渗透率模型的合理性,表明模型能够较为准确地反映煤岩变形阶段特征及瓦斯渗流规律。