低温处理煤岩力学渗流及声发射特性试验研究

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我国煤层普遍瓦斯含量高、渗透率低,存在瓦斯突出隐患的矿井、高瓦斯矿井较多,瓦斯治理已经成为我国煤矿安全管理工作的主要任务之一。同时,瓦斯作为煤矿开采的伴生产物具有较高的利用价值,在有效治理瓦斯和防治突出的基础上,能否高效抽采瓦斯已经成为煤矿安全生产研究重点。在煤与瓦斯突出防治方面,已经有专家提出低温冻结技术,同时低温致裂作用可增加煤层渗透率,提高瓦斯抽采效率,二者具有共同的技术手段。为了将这些技术手段更好地运用到煤矿,很有必要对低温处理中原煤声发射特性进行研究,分析低温状态下煤样结构演化规律,同时结合实际,深入研究低温处理后原煤力学渗流及声发射特性具有重要意义。为此,本论文采用理论分析和实验研究的手段,进行了原煤在低温处理过程中的声发射实验及低温处理后煤样的力学渗流及声发射特性实验,研究内容与主要成果如下:⑴低温处理声发射试验:(1)在低温处理过程中,煤样产生明显的声发射信号,直观表明了低温对煤样内部结构的破坏作用;冷处理温度越低对煤样内部结构破坏愈严重;相同冷处理温度下煤样产生的声发射信号在各个时期均有所不同,声发射信号大致可分三个阶段:密集爆发阶段、间断活跃阶段及平静阶段,均很好的反映了煤岩内部结构演化过程。⑵煤样单轴压缩试验:(1)原煤煤样峰值强度与损伤强度随冷处理温度地降低呈先升高后减小趋势;低温处理后煤样应变明显增加,但增加幅度随温度地降低不断缩短;损伤强度∕峰值强度的比值随着温度地降低不断增大。⑶低温处理原煤三轴压缩力学渗流及声发射试验:(1)煤样峰值强度随着冷处理温度地降低而逐渐减小,抵抗变形能力随温度降低不断减弱,在整体抗压强度降低的同时脆性增强。(2)随着冷处理温度不断降低,声发射峰值计数及声发射能量不断增大。(3)经低温冷处理过的煤样,瓦斯渗透率较常温相比明显增加;煤样由常温进入低温阶段,渗透率变化率最大M_k=0.0368;进入低温阶段,渗透率变化率随着温度地降低而变大;通过数据拟合可知,含瓦斯煤瓦斯渗透率与温度呈指数关系,随着冷冲击温度降低渗透率逐渐增大,且渗透率变化率呈先减小后增大趋势。
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