煤体吸附-突然卸压瓦斯条件下损伤破坏及瓦斯运移规律试验研究

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煤与瓦斯突出是一个复杂的动力失稳过程,是一个应力场、瓦斯流场等多场耦合的科学问题。在采动效应的影响下,煤层中原有的应力状态遭到破坏,导致其孔-裂隙结构、煤体对瓦斯的解吸/吸附状态发生变化。瓦斯赋存状态特别是瓦斯压力的变化,又会对煤体的力学特性造成影响。煤与瓦斯突出是煤体损伤与瓦斯解吸耦合作用的结果,因此研究突出过程中煤体损伤与瓦斯解吸-渗流耦合作用机制,具有十分重要的理论意义和现实意义。本文围绕瓦斯对煤体作用、煤体力学及损伤特性、微观结构、瓦斯解吸、瓦斯渗流机理等理论和基础实验,开展瓦斯突然卸压条件下煤体损伤与瓦斯解吸-渗流耦合作用的实验研究,分析突出过程中煤体的损伤情况。为了实现煤体吸附-突然卸压瓦斯条件下瓦斯流动及损伤破坏规律试验研究,本文首先从设备的研制工作入手,自行研制了含瓦斯煤突然卸压试验系统,主要由煤样室、卸载装置、监控系统和气体控制系统等4大部分组成,通过可靠性验证试验发现,试验设备保、卸压性能以及灵敏度均能够满足实验要求;能够进行各种煤岩体在不同压力或不同吸附气体环境中吸附-突然卸压试验,并可根据实际情况控制气体卸压速度,为课题研究提供了试验条件。通过不同气体环境条件对比试验,分析了煤样在吸附性气体和非吸附性气体环境下变形过程,同时,通过分析气体吸附以及突然卸压试验中煤样变形量、变形速率以及损伤破坏程度等参数,得到了不同气体环境中和不同瓦斯压力下煤体损伤破坏及瓦斯运移规律。通过对不同孔隙结构煤体吸附-突然卸压瓦斯气体实验研究,首先通过压汞实验,得到了不同粒径煤粉配比对型煤孔隙参数的影响;同时通过对比分析5组试验中εv、εr、εz的变化量差异、瓦斯动力学以及煤样损伤破坏程度等衡量指标,得到了不同孔隙结构煤体煤在瓦斯气体吸附-突然卸压条件下变形破坏及运移特性的不同。上述研究成果对于煤与瓦斯突出灾害的预测与防治均具有一定意义,有助于推动煤与瓦斯突出机理的探索和发展。
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