• 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
加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率试验研究
  • 63
  • 作者

    张保勇赵国建高霞吴强

  • 单位

    黑龙江科技大学安全工程学院黑龙江科技大学建筑工程学院

  • 摘要
    为探究瓦斯水合固化及加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率变化规律,采用自主设计的应力–渗流–化学耦合作用煤体三轴试验装置,测量瓦斯水合物生成前后煤体渗透率及升轴压卸围压条件下煤体(3种粒径:0.425~0.850 mm(20~40目)、0.250~0.425 mm(40~60目)、0.180~0.250 mm(60~80目)和3种饱和度:40%、60%、80%)应变及渗透率,获取加卸载条件下应力-应变曲线确定煤体变形特征,分析瓦斯水合物生成、水合物饱和度及偏应力对煤体渗透率的影响规律,通过渗透率损失率、变形角公式对煤体渗透率影响程度、体积膨胀效应进行量化表征,基于渗透率模型初步探讨水合物分布模式对煤体渗透率的影响机制。研究表明:(1) 饱和度对煤体渗透率变化规律影响较为复杂,总体而言,随着饱和度增加,渗透率降低百分比越大,堵塞程度越显著。瓦斯水合物生成后,煤体渗透率明显降低,降低幅度为58.3%~83.3%(20~40目)、61.5%~95.0%(40~60目)、81.8%~90.9%(60~80目),随着饱和度增加,煤体渗透率整体呈降低趋势,下降幅度为55.6%~86.1%。(2) 煤体轴向应变随着时间增加呈现出稳定增大、缓慢增大和快速增大三个阶段,煤体渗透率与应变具有一定相关性,并随着偏应力增加呈二项式函数增大、先减小后增大、先增大后减小三种趋势,二项式函数可较好预测采掘应力扰动下瓦斯水合固化后煤体渗透率变化规律。(3) 引入渗透率损失率,在相同水合物饱和度下,随着偏应力增加,煤体渗透率损失率整体呈增大趋势。(4) 引入体积膨胀变形角,在相同偏应力差下,随着饱和度增加,煤体体积膨胀变形角由19.0°~63.9°降至0.2°~38.2°,说明水合物饱和度越低,煤体体积膨胀效应越显著。
  • 关键词

    煤与瓦斯突出含瓦斯水合物煤体加卸载应变渗透率

  • 文章目录
    1 试验部分
    1.1 试样制备
    1.2 水合物饱和度控制
    1.3 试验装置
    1.4 试验方案及步骤
    2 试验结果与分析
    2.1 瓦斯水合物生成对煤体渗透率影响
    2.2 加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应力-应变关系
    2.3 加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应力-应变-渗透率关系
    2.4 加卸载条件下含瓦斯水合物煤体渗透率损失率
    2.5 加卸载条件下含瓦斯水合物煤体膨胀效应
    3 讨 论
    3.1 基于渗透率模型的煤体中水合物分布模式预测
    3.2 加卸载条件下含瓦斯水合物煤体渗透率演化规律
    4 结 论
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