冷热冲击条件下饱水煤样渗流及力学特性研究

为探究煤体在冷热冲击影响下的渗流规律及力学损伤机制,利用高低温系统、三轴渗流系统,对饱水煤样进行不同温度条件下冲击试验,基于声发射、金相显微图像技术分别对饱水煤样经冷热冲击处理后结构损伤演化进行定位、定量分析。研究结果表明:经不同冷热温度冲击,煤样渗透率均有增加,增幅为20.59%~253.26%,但不同孔隙压力下煤体的渗透率增幅随温度梯度并非正相关,而是呈现低—高—低的趋势;在温度冲击下饱水煤体在热应力及水冰相变产生冻胀力作用下内部结构损伤显著;冷热冲击过程中,温度梯度越大,孔裂隙扩展量越大,煤体结构劣化更为显著;冷热冲击对煤体细观损伤较为复杂,新生成主裂隙呈“S”形分布,对煤层致裂效果显著。

冷热冲击饱水煤体多尺度损伤特性研究

为探究饱水煤体在冷热冲击下的损伤特性,使用高低温试验箱对煤样进行不同温差的冷热冲击,冲击过程中利用声发射仪从微观尺度监测煤体损伤,利用金相显微镜从细观尺度观察冲击前后煤体表面的裂隙变化,并从微观尺度与细观尺度解释了冷热冲击后煤体的单轴抗压强度和渗透率的宏观变化。试验结果表明:经冷热冲击后的饱水煤样表面裂隙数目增多,各裂隙相互连接贯通,同一区域内裂隙面积增大;冷热冲击温差越大,声发射信号越活跃,致裂效果越显著,宏观表现为煤体的抗压强度越小,其渗透率增大。

冷冲击条件下饱水煤样结构损伤规律研究

为探究煤体在冷冲击影响下强度损伤特征及细观结构演化规律,通过自制低温冲击系统,利用声发射、金相显微镜宏观与细观手段结合的方法,基于ImageJ图像分析软件分别对干燥煤样、饱水煤样冷冲击前后细观结构演化进行量化表征,并通过测试渗透率验证煤体结构变化带来的增透效果,研究结果表明:在煤体中超声波波速随冷冲击温度降低而下降;相同时间内,冷冲击温度越低,声发射振铃计数表现越活跃,煤体释放能量愈大,致裂效果越显著;经冷冲击后的饱水煤样相对于干燥煤样会产生更多的斜向新生裂隙,新萌生裂隙与原生裂隙交汇贯通形成絮状网格,其渗透效果显著提升;随冲击温度的降低,抗压强度、弹性模量均增大。研究结果可为低温改善煤层透气性,增产煤层气及矿井瓦斯灾害防治技术提供理论依据。

温度冲击后煤岩的力学损伤特性研究

温度冲击是提高煤岩透气性的重要手段。为研究温度冲击后煤岩力学损伤特性,采用高温-液氮热冷处理对试样进行单轴力学变形损伤破坏实验,探究不同温度冲击后煤岩损伤的声发射特征。结果表明:煤岩抗压强度和弹性模量随冲击温度的升高呈现非线性下降趋势,损伤强度降幅为34%~66%;弹性模量宏观上表征煤岩的损伤变量,拟合曲线呈现“下凹”特点;用声发射振铃计数从细观角度表征热冷作用后煤岩的损伤特性,冲击温差越大,煤岩损伤越明显,200℃-液氮冲击煤岩损伤达94%,此时煤岩致裂损伤效果最为显著。

冷热循环冲击饱水煤体结构损伤规律研究

为探究饱水煤体在冷热循环冲击下的损伤规律,使用高低温试验箱对煤样进行多次冷热冲击,观察煤体表面的裂隙变化,描述煤体裂隙的分形结构,测试了煤样的单轴及三轴抗压强度和渗透率,分析了煤样在压缩过程中的声发射特征。试验结果表明:随着冷热循环冲击次数的增加,分形维数由2.17增至2.50;单轴抗压强度由5.72 MPa降至2.07 MPa;三轴抗压强度由27.93 MPa降至20.02 MPa;试样的初始渗透率由0.26 mD增至1.77 mD。冷热循环冲击的次数越多,煤体损伤程度越大,致裂效果越显著。