瓦斯压力影响下煤岩力学性质与冲击能量指数演化规律及机制

作者

丁鑫肖晓春潘一山
单位

辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁大学环境学院
摘要

深部煤层冲击地压诱发瓦斯涌出、突出事故频繁发生，对井下安全生产带来了巨大威胁，厘清瓦斯对煤岩力学性质、冲击倾向性演化规律是建立有效防治手段的基础。运用物理试验方法，基于自主研发的可视化煤岩流-固耦合试验系统，研究瓦斯压力影响的煤岩吸附、力学性质及碎块分布规律，分析瓦斯影响的煤岩冲击能指数演化特征与机制。结果表明：具有强冲击倾向性煤岩的瓦斯等温吸附曲线符合Langmuir模型，随瓦斯压力升高，煤岩软化特性越发明显，弹性模量、软化模量均呈阶段性降低，瓦斯对二者在煤岩峰值前后具有不同的影响效果且存在临界压力，试样破坏形式呈“脆性张拉→剪切→张拉+塑性流动”过渡，冲击能指数与试样碎块尺度均呈先减小后增大的“V”形变化特征，破碎后具有更多盈余能；含瓦斯煤岩小尺度碎块是灾害发生的客观条件，瓦斯膨胀能为煤体动态失稳提供了额外的能量，增大了冲击地压发生过程的强动力性和破坏性，这种煤岩基质骨架与瓦斯运移的固-流耦合降低了冲击地压发生的临界指标且具有更高的致灾潜能。研究成果与启示为进一步判定深部高瓦斯煤层灾变倾向并建立行之有效的防治手段提供了试验基础和研究思路。
关键词

煤岩力学性质冲击能量指数冲击地压高瓦斯煤层瓦斯吸附特征分形维数
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金项目（51974186）；辽宁省科技厅博士启动基金项目（2021-BS-271）；辽宁工程技术大学创新团队项目（LNTU20TD-17）；
文章目录

1 试验设备与方案
1.1 试样制备与瓦斯吸附试验
1.2 含瓦斯煤单轴压缩试验装置与试验方案
2 瓦斯影响的冲击倾向煤的吸附性与力学性质
2.1 煤的瓦斯吸附规律
2.2 煤岩应力-应变规律
2.3 煤样破碎特征与分形规律
3 单轴压缩过程含瓦斯煤冲击能指数演化规律
4 讨论
5 结论
引用格式

丁鑫,肖晓春,潘一山.瓦斯压力影响下煤岩力学性质与冲击能量指数演化规律及机制[J].煤田地质与勘探,2022,50(07):98-106.
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