为进一步研究液氮循环冻融煤体渗透率演化规律，采用核磁共振仪、电子万能试验机和煤岩芯渗透率自动测试系统，分析了不同液氮循环冻融次数前后煤体内部温度、孔隙分布、力学特性和渗透率的演化规律；基于立方定律和循环冻融煤体损伤本构关系，建立了液氮循环冻融煤体渗透率计算模型。结果表明：液氮冻结过程中，煤体内部温度变化分为0～9 min, 9～30 min两个阶段，不同时间段内温度下降关系为ΔT阶段二>ΔT阶段一,升温解冻时，煤体温度呈指数关系上升，升幅逐渐减小；液氮循环冻融作用下，煤体孔隙结构得到明显改善，微小孔隙数量增加，部分相互贯通扩展，逐渐转化为中大孔隙。随着冻融循环次数的增加，微小孔隙占比减小，中大孔隙占比显著增大；煤体孔隙度增量、孔隙度变化率呈正幂函数增加，渗透率增量、渗透率变化率呈正指数增加；煤体单轴抗压强度与弹性模量呈直线型降低，单轴抗压强度变化率、弹性模量变化率均呈负线性相关。所建立的液氮循环冻融煤体渗透率计算模型的计算结果与实验测试值绝对误差为0.006～0.016 mD,相对误差为1.61%～6.41%,计算模型在试验范围内的渗透率预测值与实际测量值基本一致。

国家自然科学基金重点项目(51734007)；国家自然科学基金项目(51874236)；陕西省杰出青年基金项目(2020JC-48)；

1 试验方案
1.1 试样制备
1.2 试验方法与步骤
1.2.1 试验方法
1.2.2 试验步骤
2 试验结果分析
2.1 煤样冻融全过程温度演化计算
2.2 循环冻融煤样孔隙特征变化规律
2.3 循环冻融煤样力学性能变化规律
2.4 循环冻融煤样渗透率变化规律
3 液氮循环冻融作用煤体渗透率模型
3.1 模型假设
3.2 液氮循环冻融煤体渗透率模型
3.2.1 热应力作用煤体裂隙宽度演化
3.2.2 基质热裂致使煤体裂隙宽度变化
3.2.3 煤样渗透率模型
3.3 模型验证
4 结 论

林海飞,王裴,李树刚等.液氮循环冻融作用下煤体渗透率演化规律及模型研究[J].采矿与安全工程学报,2023,40(05):1067-1077.DOI:10.13545/j.cnki.jmse.2023.0250.