液氮冷加载对不同节理煤样结构损伤的影响

• 作者: 李和万 刘戬 王来贵 左建平
• 来源期刊: 煤炭学报
• 学科: 工学
• 关键词: 液氮 冷加载 煤样 结构损伤 煤层气
• 年，卷（期）: 2020,（11）
• 页码范围: 3833-3840
• 页数: 8页
• 分类号: TD313
• 语种: 中文
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2019.1223

摘要

煤体的节理结构是煤层气主要存储空间和渗流通道,而煤层的低渗透性是导致煤层气开采效率低的主要原因,由于节理的角度与贯穿程度不同,使得煤体的物理力学性能产生了较大差异.为了增加煤体的渗透性,利用液氮冷加载煤体的方式对不同种类节理煤样,实验选用阜新盆地长焰煤制成50 mm×50 mm×50 mm的正方体煤样.将煤样放入液氮中浸泡4 h,室温条件下放置20 h,为一个冷加载周期(T),多周期冷加载直至煤样破裂.运用激光共聚焦显微镜、声波测试仪、单轴压缩试验机等仪器观测煤样的表面、整体裂隙损伤情况和单轴抗压强度的变化程度,揭示不同节理煤样结构在液氮低温冷加载作用下的损伤规律.研究结果发现:①贯穿型节理煤样(Ⅰpb15°,Ⅰ am45°和Ⅰ a160°)分别在8T,6T和7T冷加载后,煤样节理结构累积损伤达到煤岩强度极限,发生破碎;②在相同冷加载周期条件下,贯穿型节理较半贯穿型与未贯穿型节理扩展速度快;③煤样冷加载后,与层理呈45°的节理扩展明显.冷加载及作用周期都是煤样节理结构损伤的重要因素,实验结果符合断裂力学理论,并将对煤体结构损伤的进一步研究起到借鉴意义.