• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
水力耦合下煤样声发射分形-渗透率模型及试验研究
  • 63
  • 作者

    姬红英王文博辛亚军张东营高忠国任金武

  • 单位

    河南理工大学资源环境学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南理工大学能源科学与工程学院黔西金坡煤业有限公司河南能源集团永华能源有限公司

  • 摘要
    煤样轴向应力加载-水压渗流作用下裂隙(孔隙)发展直接影响煤样试件的力学指标与渗流特性,文中通过理论解析与力学试验方法,分析了煤样试件裂隙(孔隙)主导下渗透率与声发射分形维数、振铃计数响应关系,建立了水力耦合作用下煤样声发射分形-渗透率模型,开展了不同围压(2~5MPa,Δpw/p’c=0.75)下水力耦合煤样渗流试验,分析了不同围压(水压)下煤样试件的力学行为、声发射规律与渗流特征,探讨了不同围压下煤样试件的强度提升特点与破坏形态-声发射定位关系,验证了水力耦合下煤样试件的声发射分形-渗透率模型合理性。结果表明:煤样试件渗流试验中裂隙(孔隙)变化与声发射振铃具有一致性,裂隙(孔隙)扩展与声发射分形维数、渗透率密切相关,声发射分形、渗透率可用体积应变表征,基于声发射分形的水力耦合下煤样试件的声发射分形-渗透率模型可采用2段式数学模型解析;煤样渗流全应力-应变过程中渗透率表现为短时减少-长时缓慢增加-急速增加-小幅回落过程,振铃计数呈快速增加-减少-增加-减少波浪型发展,渗透率最小值滞后体积应变压缩与膨胀临界点,最小渗透率变化在0.124×10-17m2~1.250×10-17m2;随着围压(2~5MPa)增加,煤样峰值偏应力、峰值轴向应变与峰值体积应变均呈增大趋势,线性特征显著,煤样峰值渗透率滞后峰值强度呈减小趋势,减幅达到93.34%,最大声发射振铃计数(对应峰值强度位置)表现为增加趋势;水力耦合下煤样试件有效内聚力和有效内摩擦角分别提高到6.5116MPa与36.56o,随着围压(2~5MPa)增加,煤样试件的声发射信息由单斜面向不规整斜面过渡,主控破裂面角度由小角度向高角度转变,失稳由单块体剪切变为多块体压缩形态,试件破裂可采用声发射定位振铃计数表达;煤样试件声发射分形-体积应变、渗透率与体积应变、分形与渗透率3个试验曲线与理论曲线较为吻合,围压2~5MPa试件压缩阶段相关性分别在0.882~0.999、0.950~0.998与0.849~0.997之间,围压2~5MPa试件膨胀阶段相关性0.937~0.996、0.891~0.998与0.873~0.966之间。
  • 关键词

    水力耦合分形维数渗流特征数学模型应力-应变振铃计数破坏形态

  • 文章目录
    1 渗流-分形特征及模型构建
    1.1 水力耦合渗流关联因子
    1.2 分形-渗透率模型构建
    2 煤样渗透试验设计
    2.1 试样制备
    2.2 试验设计
    3 渗透试验结果分析
    3.1 全应力-应变曲线特征
    3.2 声发射动态特征
    3.3 应力-应变与渗透率关系
    3.4 强度方程与力学参数
    3.5 声发射定位与破坏形态
    4 分形-渗透率模型验证分析
    4.1 声发射分形与体积应变模型验证
    4.2 峰前渗透率与体积应变模型验证
    4.3 声发射分形与渗透率模型验证
    5 结论
相关问题

主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院有限公司 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联