循环载荷下煤样裂隙演化及渗透率实验研究

作     者：程晓阳 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭军杰

授予年度：2017年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：循环载荷 裂隙演化 声发射 渗透率 

摘      要：煤体是孔隙-裂隙双重介质,其孔隙是瓦斯存储的主要场所,裂隙是瓦斯流动的主要通道。煤体这种双重介质属性决定了其渗透性具有较高的应力敏感度。煤体受载状态的改变,引起孔裂隙结构的变化,进而影响其渗透性。在采矿工程领域,煤体经常遭受循环载荷作用,煤体内部孔裂隙结构也处于动态变化中,这将影响气体在煤体中的流动,导致瓦斯涌出不均衡,诱发瓦斯浓度超限,甚至煤与瓦斯突出等灾害,给煤矿安全生产造成了巨大的威胁。因此,研究循环载荷下煤体的裂隙演化过程及渗透率变化规律对瓦斯动力灾害的防治具有重要意义。本文首先进行了循环载荷下煤样破坏的力学及声发射实验,在不同应力水平、不同循环频率条件下,煤样变形曲线及声发射参数均经历了三个阶段:应力-应变曲线呈现疏-密-疏的变化规律,峰值振铃数及累计能量、撞击计数的增加速率均呈降低-稳定-升高的趋势。其次,进行了上述相同条件下煤样渗透率的测试,结果发现:渗透率随循环次数呈降低-稳定-升高的趋势,在降低阶段,渗透率与循环次数呈幂函数关系;在升高阶段,渗透率与循环次数呈指数函数关系。最后,分析了实验过程中煤样变形与声发射参量、变形与渗透率之间的关系,并以变形量为基础,定性分析了声发射参量与渗透率之间的关系,得出:在循环过程中,煤样上限应力点处渗透率变化趋势与峰值振铃数相同,且与累计能量和撞击计数的增长速率呈正相关。