不同加卸载条件下含瓦斯煤渗流特性及声发射特性的实验研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:wangyiecuifeng
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由于原煤一直是我国能源构成中占比最大的一部分,造成当前我国煤矿开采已进入深部开采阶段,其开采环境表现出“地应力高、瓦斯压力高、瓦斯含量多、渗透性低”的特点,时刻诱发着矿井煤岩动力灾害的发生;同时瓦斯也是一种非常规天然气资源;因此,如何安全、高效、绿色地进行深部开采与瓦斯利用显得尤为重要。实际开采过程中含瓦斯煤受力主要表现为加载和卸载的复合作用。基于学者们的研究,本文以屯兰矿22301工作面2号煤为研究对象,利用自主研发的含瓦斯煤渗流实验系统,进行不同加卸载条件下的含瓦斯煤声发射实验,模拟实际开采的复杂情况,研究含瓦斯煤的渗流特性与声发射特性,为防治煤岩动力灾害与瓦斯抽采提供更科学的理论依据,具体研究内容如下:(1)常规三轴压缩:(1)、其偏应力-应变曲线可分为:压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段;(2)、其渗透率整体变化规律为:先不断持续减小→急剧增大→缓慢增大→稳定不变;(3)、由于Klinkenberg效应,随瓦斯压力的增大,其最大轴向应力减小,渗透率相应时段大致呈现先减小后增大的“U”型趋势,由于围压效应,随围压的增大,其最大偏应力变大、渗透率相应时段减小;(4)、其声发射特征参数的变化趋势分别与应力、渗透率变化相对应。(2)不同加载速度的单轴压缩:(1)、随应力不断增大,声发射活动逐渐活跃,失稳破坏时,声发射活动最强烈,脆性破坏阶段的声发射活动持续剧烈状态,计数和幅值的值均处在极高的阶段,后破坏阶段的煤体声发射信号开始急剧减弱;(2)、随着加载速度的增大,其峰值轴向应力与峰值应变呈下降趋势、破坏形式越严重。(3)轴向加载速度V加载固定、卸围压速度V卸载变化的加卸载压缩:其渗透率整体变化规律为:先减小→急剧增大→缓慢变化并趋于稳定,呈“V”型的变化趋势;随卸围压速度V卸载的增大:(1)、峰值轴向应力减小、破坏后的径向应变与体积应变增大,(2)、渗透率到达最小值的时间增快、峰值区增大,(3)、其声发射活动越活跃,声发射特征参数出现双峰现象。(4)卸围压速度V卸载固定、轴向加载速度V加载变化的加卸载压缩:其渗透率整体变化规律也为:先减小→急剧增大→缓慢变化并趋于稳定,呈“V”型的变化趋势;其声发射特征参数均出现双峰现象;随轴向加载速度V加载的增大:(1)、峰值轴向应力减小,破坏后的径向应变、体积应变越大,(2)、渗透率到达最小值的时间越慢、峰值区越大,(3)、煤声发射活动越活跃。(5)不同加卸载压缩实验中,声发射特性的变化规律均与含瓦斯煤应力-应变变化规律、渗透率变化规律基本相对应,故声发射可用来预测煤岩动力灾害的发生。
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