加卸载应力条件下原煤力学与渗透特性的实验研究

以川煤集团芙蓉公司某煤矿C1煤层的煤样为研究对象,利用煤岩热流固耦合三轴伺服渗流实验装置(THM-2),进行加卸载应力条件下原煤力学及渗透特性实验。研究结果表明:同一加卸载控制点下,原煤破坏时的体应变随加卸载速率比的增大而减小,破坏时的径向应变和轴向应变随加卸载速率比的增大而增大,随加卸载速率比增大,原煤破坏形态逐渐由多宏观断裂面向单一宏观断裂面发展。同一加卸载速率比下,原煤强度随加卸载控制点的增大而增大,原煤的破坏角随加卸载控制点的增大而减小。原煤在加卸载应力条件下,随着加卸载速率比增大,屈服阶段的渗透率响应变化量呈线性关系降低,加卸载控制点到原煤产生渗透率变化的应变响应变化量呈线性关系增大。

轴向加载速率对原煤力学和渗透特性的影响

采用煤岩流变仪对原煤进行了不同轴向加载速率下的常规三轴力学渗流试验,运用体积扩容应力、峰值应力、弹性模量和变形模量作为原煤的力学指标,发现试验所用原煤与典型的脆性岩石的规律相同,原煤作为非线性弹性材料体,4种力学指标均随着轴向加载速率的增大而增大;加载过程煤样能量耗散可分为峰前和峰后阶段,峰前阶段绝大部分吸收的能量转化为可释放弹性应变能,耗散应变能增加的速率较缓,峰后阶段弹性应变能急剧下降,大量释放并转化为耗散应变能;同时应力峰值处的总能量随轴向加载速率的增大而增大;渗透率-应变曲线总体呈现“V”字形的变化特征;在全应力-应变过程中,煤岩渗透率与轴向应变之间满足二次多项式函数关系。

不同含水状态下煤孔裂隙结构三维可视化表征

为深入研究煤层孔裂隙的结构,以川煤集团芙蓉公司某煤矿的煤样为研究对象,采用CT扫描法对不同煤样在不同含水状态下的孔裂隙结构特性进行研究。通过研究发现:自然状态下的孔裂隙总体分布比较分散,CT法测试的孔裂隙率在2%~5%之间,与压汞法测得的数值相差在1%以内,孔裂隙半径多集中分布在0~200μm范围内;经过饱水和干燥处理后,孔裂隙数量变多,体积变大,孔裂隙率均比自然状态下增加了30%以上。研究结果表明,饱水处理和干燥处理对煤孔裂隙影响显著。饱水处理会使孔裂隙数量增多、体积变大;与饱水状态相比,饱水后再干燥处理,孔裂隙体积进一步增大,更利于煤层气的运移。