不同开采方式下煤岩应力场-裂隙场-渗流场行为研究

煤岩的采动力学行为与常规的煤岩材料力学行为有本质不同,传统的岩石力学实验研究没能体现开采方式和工程扰动的真实影响。深部煤与瓦斯共采实践中,不同开采方式扰动下的煤岩应力场、裂隙场和渗流场行为有显著差异,但煤岩采动力学行为特征尚缺乏科学的、定量化的分析和表达。通过开展不同开采方式下煤岩采动力学实验,分析3种典型开采方式下煤岩采动力学行为、采动裂隙展布及增透率演化规律,探索不同开采方式下煤岩真实采动应力场、裂隙场和渗流场的特征差异。研究表明:不同开采方式产生不同的采动应力场,并导致不同的煤岩裂隙场和渗流场行为特征差异;不同开采方式条件下煤岩峰值应力、峰值应力对应轴向应变和环向应变按照无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采的顺序降低,而体积应变绝对值则依次升高;不同开采方式下煤岩采动裂隙尺度分维D及煤层增透率激增点与工作面之间的距离(L_(rise))均按照保护层开采、无煤柱开采、放顶煤开采的顺序依次下降,确定煤层L_(rise)范围和增透率空间分布可为煤瓦斯共采工程提供理论指导。

煤与页岩渗透性对比实验研究

利用常规三轴渗流模拟实验装置,对煤和页岩的渗流规律进行了研究。实验表明:页岩样的渗透率要比煤样低3个数量级上,为了将两者进行对比,引入渗透率变化比I,这样就可以在同一幅图中显示两者的差异。研究进一步指出:煤、页岩的渗透率变化规律具有相同趋势;两者的渗透率变化与岩石的变形特性匹配,在弹性阶段和塑性扩展阶段之间存在渗透率极小值点;两者的渗透率随围压的增加呈负指数关系递减,煤的衰减幅度和衰减速率均大于页岩;随孔隙压力的增加呈指数形式增大,但页岩对气体压力更敏感。