中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院,北京中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院,北京煤炭资源与安全开采国 家重点实验室,北京中国矿业大学(北京) 应急管理与安全工程学院,北京临沂大学土木工程与建筑学院,山东 临沂河北工程大学 机械与装备工程学院,河北 邯郸
采动煤体卸荷过程中,因原始及新生裂隙持续扩展而产生损伤破坏,导致渗透率急剧升高, 经典煤储层应力-渗透率模型适用范围仅限于煤体线弹性变形阶段,无法反映煤体峰后渗透率的 变化规律。 借助在描述非线性力学行为方面具备独特优势的分数阶导数,通过已有试验和理论分 析,基于现有应力-渗透率模型提出的适应于采动卸荷煤体的双参数分数阶渗透率模型,当阶数 γ = 0 时,分数阶渗透率模型退化为经典的 S-D 模型,表明 S-D 模型是分数阶渗透率模型的一种特 殊情形,当阶数 γ = 1 时,分数阶渗透率模型表现为 S-D 模型的幂函数形式,展现峰后渗透率的强 非线性变化特征,从而将经典 S-D 渗透率模型的适用范围拓展至峰后阶段。然而,双参数分数阶 渗透率模型参数的物理意义不尽明确,为此,根据改进的 Mazars 损伤准则,获得了煤体卸荷过程中 损伤变量的演化规律,借此探讨了所建渗透率模型中 2 个参数的关系,得到了只含损伤变量 D 的 单参数分数阶渗透率模型,将模型中的静态参数修正为动态参数,符合损伤扩容过程中煤体割理压 缩系数不断变化的事实,弥补了现有应力-渗透率模型中所引入的静态参数与损伤变量不关联的 缺陷,使其物理意义更加清晰。 将分数阶渗透率模型应用于充填采动煤体瓦斯渗流规律数值模拟, 获得了充填采动煤体瓦斯渗流规律,提高充填体弹性地基系数,加剧了本层煤的瓦斯突出风险而减 小了下层煤向本层煤涌入的采煤工作面瓦斯体积分数。因此,实施充填开采以后,存在利害两面性,特别是对于瓦斯突出矿井,充填前需加强瓦斯突出风险的评估工作。
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