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气体压力加卸载过程中无烟煤变形及渗透特性的试验研究

袁梅 许江 李波波 曹偈 张敏 陈钰婷 岩石力学与工程学报 2014年第10期

摘要:利用自主研发的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,以无烟煤型煤试件为研究对象,进行不同轴压、围压条件下气体压力加卸载过程中渗流试验研究,模拟不同煤层深度,以探讨煤变形及瓦斯运移演化规律。研究结果表明:(1)在加载过程中,煤应变量减小,吸附瓦斯产生较大的膨胀变形,呈现线性关系,在卸载过程中,煤应变呈增大趋势,煤逐渐被压缩。随轴压、围压增大,下降单位气体压力引起的煤应变升高量降低,应变响应程度减小。(2)在加载过程中,随气体压力升高,渗透率先减小后增大趋势,煤渗透率呈类似"V"型变化趋势,气体压力在1.2 MPa左右存在明显的拐点,体现煤孔隙扩张的程度和吸附瓦斯层增厚程度影响,依赖于吸附作用或有效应力占主导地位。在卸载过程中,随着气体压力降低,煤渗透率呈先减小后增大趋势,渗透率增大且变化速度加快,主要依赖有效应力作用或基质收缩的主导地位差异。(3)随有效应力的增大,煤渗透率呈先减小后增大的趋势。煤渗透率随有效应力增大呈对数函数或指数函数关系。(4)气体压力具有典型二阶段特征,同时渗透率与体积应变具有密切关系,体现出有效应力、吸附膨胀与煤基质收缩同时对裂隙等内部结构的影响。

关键词:采矿工程气体压力有效应力渗透率变形

单位:重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室 重庆400044 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室 重庆400044 贵州大学矿业学院 贵州贵阳550003 贵州大学贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室 贵州贵阳550003

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岩石力学与工程学报

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