煤体原位水力压注多尺度孔裂隙演化及渗透率跃变规律

煤体水力压注有助于促进瓦斯抽采流动,研发了煤岩多相多场真三轴动态渗流试验系统,验证分析了该系统方形样品高压渗流测试的边界密封性和三向应力加载稳定性,研究了不同应力加载和注水速率影响下原位水力压注煤体孔裂隙扩展、损伤破坏及渗透率跃变规律.采用Brunauer-Emmett-Teller(BET)、Barrett-Joyner-Halenda(BJH)、Frenkel-Halsey-Hill(FHH)等理论模型量化分析比表面积、孔径分布及孔隙分形特征,基于声发射系统监测煤体破裂损伤特性.结果表明:水力压注促进裂隙发育,煤体超声波速降低.水力压裂后,煤样磁滞回线范围增大,孔径主峰区域由0.7~2 nm扩展至0.7~30 nm,总孔容增大,1^(#)煤样微孔和中孔体积百分比分别增加了10.57%和3.06%.3组煤样的比表面积分别增加了276.17%,224.59%和283.18%,分形维数D_(1)值减小,而D_(2)值增大,孔隙表面变得更加光滑.3组煤样破裂的水压值分别为14.49,19.26,22.40 MPa,破裂时间分别为164.7,107.0,205.5 s,表明同等情况下三向不等压加载比三向等压加载煤体的破裂压力小,注水速率越快,煤体破裂所需时间越短.1^(#)煤样的声发射定位点最多(最大幅值83 dB),2^(#)煤样的最少,声发射定位点的投影基本与煤样XY和XZ端面的裂隙相吻合.水力压注后1^(#)煤样的渗透率增大63.07倍,2^(#)煤样的渗透率增大11.91倍,3^(#)煤样仅增大2.33倍.每组煤样的孔隙、裂隙、损伤及渗透率变化规律均相互吻合,非等压加载和3 mL/min注水速率条件下的1^(#)煤样改造效果最好.