• 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
双重卸载模式下含瓦斯煤力学特征响应及渗流规律研究
  • 56
  • 作者

    周斌刘航李树刚双海清张东明彭守建刘子嘉王崇智

  • 单位

    西安科技大学安全科学与工程学院西安科技大学西部煤矿瓦斯灾害防控陕西省高等学校重点实验室重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室

  • 摘要
    煤与瓦斯突出(简称“突出”)的发生是一个气压与围压同时卸载的过程(即“双重卸载”),为判断应力和气压对突出煤体破坏的主控作用,明确其在突出过程中的作用机理,本研究基于三轴渗流试验,分析了煤体试件在多种卸载模式及不同卸载比条件下的力学状态、渗透特性及破坏倾向性,并探讨了多种卸载模式下有效应力作用与Klinkenberg效应的作用机制,研究结果表明:煤岩体在气压卸载、围压卸载及双重卸载模式下轴向应变持续增加;单纯卸载气压时,径向应变线性减小,表现为煤岩体的最终渗透率增长率仅有36.88%,应力圆半径未发生变化,应力圆逐渐远离强度包络线,试件将逐渐趋于稳定;单纯围压卸载时,径向应变线性增加,表现为煤岩体最终渗透率增长率高达990.91%,同时应力圆半径逐渐增大,应力圆逐渐靠近强度包络线,试件趋于发生破坏;而双重卸载模式下,在卸载前期体应变比最大,煤岩体最终渗透率增长率为149.24%,应力圆半径逐渐增大,应力圆远离强度包络线,试件逐渐趋于稳定。但随着双重卸载模式的卸载比增加,煤岩体轴向应变、径向应变及体应变变化速率均增加,有效应力在突出过程中的主导作用增强,进而导致渗透率增长速率升高,相应的应力圆半径增长幅度也将逐渐增大,应力圆将由远离包络线转至靠近包络线。由试验结果进一步得知,多次的阵发式突出过程中,受应力和瓦斯压力的双重控制,当发生典型的煤-瓦斯两相流动现象时,煤岩体表现为双重卸载过程,应力对突出的发展起到主导作用,而在突出处于短暂的停止阶段,煤岩体表现为单纯的气压卸载过程,此时气压对突出的再次启动起到了主导作用。本文研究成果为进一步揭示煤与瓦斯突出的力学作用机理具有重要参考价值。
  • 关键词

    煤与瓦斯突出渗透率Klinkenberg效应有效应力应力圆

  • 文章目录
    1试验方案
    1.1试样及试验装置
    1.2试验方案
    2试验结果
    2.1 多种卸载模式下含瓦斯煤形变及渗透率演化规律
    2.1.1 多种卸载模式下含瓦斯煤形变特征
    2.1.2 多种卸载模式下含瓦斯煤渗透率演化特征
    2.2 不同双重卸载比条件下含瓦斯煤形变及渗透率演化规律
    2.2.1 不同双重卸载比条件下含瓦斯煤形变特征
    2.2.2 不同双重卸载比条件下含瓦斯煤渗透率演化特征
    2.3有效应力作用下的含瓦斯煤双重卸载破坏趋势
    2.3.1多种卸载模式下含瓦斯煤破坏趋势
    2.3.2不同双重卸载比条件下含瓦斯煤破坏趋势
    3讨论
    4结论
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