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怎样通过试验，了解煤岩力学特性

来源：煤炭学报

科学试验不仅可以证明或反驳假说，更主要的是可以提示新的理论。本专题包含了爆炸荷载下裂纹如何扩展、不同含水率泥岩力学性质、采动应力下煤体渗透率模型等30余项试验研究。

行业视野: 地质
类别; 168个
关键词; 173位
专家; 39篇
论文; 37297IP
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采动应力下煤体渗透率模型构建及研究进展

作者(Author)：周宏伟, 荣腾龙, 牟瑞勇, 王路军, 任伟光

摘要：首先对煤体渗透率的经典模型进行了简介，其次结合采动过程中煤体内的力学变化机制及渗透率的控制因素提出了采动应力下煤体渗透率模型构建过程中的关键问题，并就每个关键问题的研究进展进行了总结和分析。关键问题包括以下3个方面:采动煤体各向异性特征、采动煤体损伤破裂特征和煤体吸附解吸特征的表征方法。其中，各向异性特征的煤体渗透率模型可划分为有效应力变化和几何参数变化进行表征的两类，有效应力变化角度的建模结果基本为指数型函数、几何参数变化角度的建模结果多为3次方的幂函数;损伤破裂特征的煤体渗透率模型被归纳为本构方程中含损伤变量和渗透率表达式中含损伤变量的2类，本构方程中含损伤变量的模型具有更广的适用范围，渗透率表达式中含损伤变量的模型能够更加直观的表示渗透率和影响因素之间的数量关系;在煤体吸附解吸特征的表征方法中对基于吸附热力学而建立的煤体吸附应变表达式进行了总结，同时指出在煤体渗透率模型构建中Langmuir方程形式的吸附应变表达式应用最为广泛。然后，对采动应力下煤体渗透率模型的研究进展进行了介绍，将采动应力下煤体渗透率模型归纳为有效应力型、几何参数型和系数拟合型的3类，依次对3类模型中代表性成果的表达式及应用情况进行了概述。最后，从每个关键问题的角度对后续构建采动应力下煤体渗透率模型的研究进行了展望。

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煤炭学报

2019年第01期

1302

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砂层渗透注浆加固效果模型试验研究

作者(Author)：李志鹏, 张连震, 张庆松, 刘人太, 杨文东, 楚云添

摘要：渗透注浆是煤矿井筒穿越砂层段防渗加固的重要手段之一,为研究砂层渗透注浆加固效果,研发了一套砂层渗透注浆模型试验装置,该装置具备多个试样同时注浆、不拆模测试注浆试样渗透系数等功能;以抗压强度、变形模量、渗透系数作为评价砂层渗透注浆加固效果的性能指标,选取砂层粒径级配、黏性土含量、浆液水灰比、注浆压力4个因素作为渗透注浆效果的影响因素,开展了砂层渗透注浆加固效果正交试验,获得了影响砂层渗透注浆效果的主控因素以及不同条件下砂层注浆加固体的变形破坏特征。研究结果表明:砂层经渗透注浆加固后,3 d抗压强度可达到0. 5～8. 5 MPa,3 d变形模量可达到35～750 MPa,1 d渗透系数可达到10-6～10-7cm/s数量级;浆液水灰比是控制砂层注浆加固效果的主控因素,随着浆液水灰比的增加,砂层注浆加固体抗压强度、变形模量及抗渗性能均显著降低;砂层注浆加固体破坏模式受浆液水灰比影响显著,低水灰比（W/C=0. 8左右）对应整体破坏模式,高水灰比时（W/C=1. 6左右）水泥浆液析水效应对加固体破坏过程产生影响,使其呈现出局部破坏模式,在砂层渗透注浆加固工程中应尽可能选用低水灰比的水泥浆液。

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煤炭学报

2018年第12期

882

325
单轴加卸载作用下井壁混凝土能量演化机理

作者(Author)：刘娟红, 周昱程, 纪洪广

摘要：针对深部地下工程条件的结构混凝土过早失效,易在高应力集中区产生类似“岩爆”现象的破坏等问题,通过不同种类混凝土单轴加卸载和声发射试验,研究典型种类混凝土的能量耗散和释放过程。结果表明:C70钢纤维混凝土和非蒸养型超高性能混凝土(UHPC)的滞回环更加趋于饱满,耗能能力更强。C70普通混凝土易积聚能量,在达到峰值强度时,储存的能量突然间释放,形成混凝土“岩爆”现象;钢纤维混凝土在加载过程由于塑性变形较大,导致损耗大量能量的同时会造成井壁混凝土的片裂行为; UHPC通过自身均匀的小损伤耗散较多的能量,且破坏之后仍能保持一定的完整性,其延性较好,不会引起能量瞬间涌出的“岩爆”破坏。能量耗散促使混凝土黏聚力劣化,能量释放导致混凝土的最终破坏,UHPC的结构自适应能力很强,可以有效抵御深地高地应力的作用,保护矿井的安全作业。

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煤炭学报

2018年第12期

675

274
低渗煤层液态CO2相变射孔破岩及裂隙扩展力学机理

作者(Author)：张东明, 白鑫, 尹光志, 李树建, 饶孜, 何庆兵

摘要：液态CO2相变射孔致裂增透技术作为一种有效的低渗煤层强化抽采方法,已被广泛的应用研究。但由于该技术在破岩及裂隙扩展力学机理方面研究不足,在一定程度上影响该技术进一步发展及应用。基于热工学、弹性力学、断裂力学等理论基础,建立了液态CO2相变气体射流压力模型,理论分析了液态CO2相变射孔破岩力学机理、地应力条件下裂隙扩展力学机理。采用PFC2D离散元颗粒流分析软件,进行数值模拟研究,分析了不同地应力及射流压力条件下液态CO2相变射孔破岩及裂隙分布特征。在以上研究基础上,在川煤集团白皎煤矿进行现场试验,研究表明该技术可有效提高低渗煤层瓦斯抽采效率。

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煤炭学报

2018年第11期

1163

371
力热耦合作用下煤岩吸附及渗透特性的试验研究

作者(Author)：李波波, 杨康, 李建华, 任崇鸿, 许江, 左宇军, 张敏

摘要：利用等温吸附试验仪器与含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为模拟深部煤层瓦斯开采过程,分别进行不同温度下等温吸附试验与孔隙压力升高的渗流试验,建立考虑过剩吸附量修正的吸附模型并修正吸附膨胀模型,探究力热耦合作用下煤岩吸附与渗流变化规律。结果表明:瓦斯吸附量在不同温度下随瓦斯压力升高均呈增大趋势,随温度升高吸附量逐渐降低。在高压下需考虑过剩吸附量造成的误差,修正的Langmuir模型比原模型计算结果精度更高;建立了考虑温度与过剩吸附量修正的吸附变形模型与吸附膨胀模型,煤岩吸附应变随孔隙压力升高而减小,且温度越高应变变化量越小。随孔隙压力升高,煤岩渗透率及吸附膨胀与滑脱效应导致的渗透率变化量均呈下降的趋势,且随温度升高3者逐渐增加;吸附膨胀是引起煤岩渗透率减小的主要因素,吸附膨胀与滑脱效应对渗透率的贡献率随孔隙压力升高逐渐下降,其贡献率均随温度升高逐渐增加。

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煤炭学报

2018年第10期

813

238
循环荷载作用下冻结灰砂岩强度特征与弹性模量演化规律

作者(Author)：李涛, 马永君, 刘波, 盛海龙, 贺鹏

摘要：针对典型中生代富水弱胶结地层中的灰砂岩,利用TDW-200冻土三轴试验机对冻结饱水灰砂岩进行常规三轴压缩试验和循环加卸载试验,分析不同围压条件下的强度特征,重点研究了循环加卸载作用下冻结灰砂岩弹性模量的演化规律。试验结果表明:循环加卸载时,在低围压下峰值强度有所增加,而在高围压下峰值强度有"弱化"的现象;冻结灰砂岩试样加卸载全过程中弹性模量的变化规律与加卸载路径变化趋势具有一致性;单个滞回环内,切线弹性模量随着偏应力水平的增加呈现出先增加后减小的趋势,同一偏应力水平下,切线模量随循环次数的增加也表现为先增加后减小趋势。

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煤炭学报

2018年第09期

968

249
不同含水状态下泥岩的力学性质及能量特征

作者(Author)：蒋景东, 陈生水, 徐婕, 刘泉声

摘要：不同的含水状态对岩石的力学性质和破坏机制有重要的影响。利用RMT-301岩石力学试验机,开展泥岩烘干样、天然样和饱水样在不同围压条件下的三轴压缩试验,研究不同含水状态下泥岩的力学性质和能量机制。结果表明:含水量越低,泥岩吸收的总能量越多;弹性能存储速率在压密阶段和弹性阶段随含水量的增大而降低,在弹塑性阶段弹性能增长速率减缓,失稳破坏阶段含水量越低,存储的弹性能越高,同一围压条件下,泥岩的储能极限随着含水率的增高而线性降低;耗散能在压密阶段和弹性阶段数值较小且增长缓慢,含水率越大,耗散的能量越多,进入弹塑性阶段后,吸收的总能量用于耗散作用的比例急剧增长,含水率越小,增长速度越快。声发射事件率随含水量的增大而降低,随围压的增大而降低,表明含水量越低,围压越小,泥岩内部破坏越剧烈,塑性减弱。

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煤炭学报

2018年第08期

755

270
深部煤体非线性蠕变本构模型及实验研究

作者(Author)：王路军, 周宏伟, 荣腾龙, 任伟光

摘要：深部煤体蠕变规律研究对控制巷道围岩变形,预防煤与瓦斯突出及改善瓦斯抽采效果具有重要意义。基于分数阶导数流变模型,推导出煤体三维应力条件下非线性蠕变本构方程。考虑深部煤体赋存的高应力环境及应力变化路径,进行了三向应力状态下轴压恒定、分级卸围压的煤体蠕变实验。实验结果表明:在三向高应力状态下,试件的轴向和环向应变表现为初始蠕变和稳态蠕变,最终出现加速蠕变阶段;在相同差应力条件下,煤体蠕变变形随围压增大而减小。利用煤体卸围压蠕变实验数据对文中蠕变本构方程的参数进行拟合,结果表明:该蠕变本构方程能很好地描述煤体蠕变三阶段,特别是加速阶段。在蠕变本构方程参数确定的前提下,分析了应力水平、分数阶导数阶数及黏性系数对煤体蠕变特性的影响规律。

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煤炭学报

2018年第08期

734

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