沿空掘巷小煤柱渗透率演化规律试验研究

沿空掘巷条件下小区段煤柱受多重采动影响,受采动影响的煤岩体渗透率会因为采动裂隙、原生裂隙的发育与压实而发生改变,确定不同采动阶段小区段煤柱渗透率演化规律是同层位邻近采空区气−水灾害防控的理论基础。以大同矿区石炭系特厚煤层沿空掘巷小区段煤柱开采为工程背景,通过地应力测试、数值模拟的方法,综合确定不同采动阶段小区段煤层所处应力场的分布特征,为试验研究应力路径的确定提供依据,应用DJG-Ⅱ型三轴加载煤岩渗流测试装备进行不同采动阶段煤柱渗透率演化试验研究。研究结果表明:建立了沿空掘巷小区段煤柱不同采动阶段渗透率与应力的定量影响关系,总体表现为渗透率随着轴向应力的增大而减小,卸载阶段渗透率随着轴压的减小而增大;揭示不同采动阶段小区段煤柱应力−应变−渗透率的演化规律,在第一、第二阶段加卸载时,煤样变形还处于弹性变形阶段,渗透率变化幅度与速率都较为平缓。在第三次采动影响阶段,试件出现不可逆的塑性破坏使得渗透率急剧增加,增幅速率也明显大于前2个采动阶段,小煤柱渗透率较初始渗透率增大最多为324.389倍,该阶段小煤柱发生破坏失去了气−水阻隔性能,明确了特厚煤层沿空掘巷工程中前2个采动阶段宽6 m小煤柱没有破坏的特征。研究成果可为坚硬顶板特厚煤层沿空掘巷开采条件下,小区段煤柱在不同采动阶段渗透率演化特征研究、邻近采空区气−水灾害防控等提供参考或理论支撑。