循环载荷作用下煤体渗透率演化的实验分析

论文摘要

多期次载荷作用下的煤体,其孔隙结构会发生复杂变化,渗透率也随之改变。然而,不同加卸载速率与循环周期决定着煤体渗透率变化路径,影响其应力敏感性,开展循环载荷控制下煤体渗透率演化规律研究,对于解释复杂应力场下煤层渗透率的各向异性特征有理论支撑作用。借助于煤层渗透率应力敏感模型分析,研究了影响煤体渗透率变化的关键表征参数及其函数关系;为验证关键参数对煤体渗透率影响,采用预定轴压和气压、加卸载围压的方式开展煤体三轴循环变载气体渗流实验,分析在不同围压（2.0～12.0 MPa）下煤体渗透率和体应变的演化规律;为研究煤体孔隙结构变化对渗透率的影响,通过低温氮气吸附实验和荧光显微镜煤样观测统计,完成了循环载荷加卸载前后煤体孔隙结构变化对比。研究结果表明,煤体加载/卸载过程中渗透率变化趋势与围压变化负相关,总体可以分为线性段、指数段和稳定段等3个阶段;随循环加载次数的增加煤体应变逐步增大,而渗透率却随之降低;相同条件下,煤体渗透率随体应变增加而升高,增幅在16.79%以上,而渗透率恢复率逐步降低,且与围压变化负相关;3次循环加卸载实验导致煤体孔隙结构发生了显著变化,微孔体积提高71.79%,比表面积增加52.19%,而平均孔径降低32.06%,但循环载荷没有改变煤体的最可几孔径;孔隙结构变化的数据表明,微孔体积增加是煤体渗透率劣化的重要标志之一。对比循环载荷作用前后的孔隙结构实验数据发现,影响气体吸附-解吸的孔隙结构变化,决定了"迟滞环"面积,而决定"迟滞环"形状的关键因素是由煤体最可几孔径控制的突变压力。另外,煤体应变包括裂隙体积变化和孔隙体积变化两部分,其中裂隙影响重要度指标（χ）反映了裂隙体积变化在煤体应变中的权重关系,χ变化随围压升高而降低。

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文章来源

类型: 期刊论文

作者: 刘永茜

关键词: 循环加卸载,裂隙,渗透率演化,应力敏感,损伤变量

来源: 煤炭学报 2019年08期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程,安全科学与灾害防治

单位: 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院,煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室

基金: “十三五”国家科技重大专项资助项目(2016ZX05045002-06),国家重点研发计划资助项目(2018YFC0808001-03),国家自然科学基金青年基金资助项目(51504137)

分类号: TD712

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2019.0353

页码: 2579-2588

总页数: 10

文件大小: 543K

下载量: 373

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