加卸载条件下煤样应变与渗透性的演化特征

• 作者: 祝捷 王琪 唐俊 陈霁月 姜耀东 唐迪 兰天翔
• 来源期刊: 煤炭学报
• 关键词: 煤样应变 渗透性 加卸载 动力灾害 气体压力 采动应力
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 所属期刊栏目: 采矿理论与工程
• 页码范围: 1203-1210
• 页数: 8页
• 分类号: TD315
• 语种: 中文
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.DY20.0280

摘要

随着开采深度的增大,高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井,相继发生冲击地压或兼具冲击地压和煤与瓦斯突出特征的煤岩瓦斯复合动力灾害.在煤层开采过程中,采煤工作面前方煤体垂直应力陡增、水平应力卸除.煤层高瓦斯内能与煤岩系统地应力、支承压力的叠加为煤岩复合动力灾害的发生提供了力学条件.因此,为了研究气体压力和采动应力对煤岩变形和瓦斯流动状态的影响机制,利用煤岩变形-渗透率同步测试系统,采用轴向加载、径向卸载的加卸载实验方案模拟开采过程中支承压力和水平应力的变化特征,观测了煤样在不同气体压力下加卸载过程中的应变和气体流量.实验结果表明:加卸载初期差应力较低,煤样以压缩变形为主,其内部裂隙闭合,透气性降低;当差应力达到某一值时,相继出现气体流量由降低转为升高的拐点和扩容现象;扩容之后煤样产生塑性变形,其透气性进一步增大,更多气体从煤样中析出.大部分实验煤样发生扩容之前出现气体流量拐点,可见扩容之前,煤样内部的微裂缝已经开始延伸或者扩展.随着气体压力的升高,扩容起始点和气体流量拐点对应的差应力降低,因此高瓦斯压力会导致采动影响下煤体内部微裂缝扩展的应力门槛降低.气体压力较高(2.0 MPa)时,煤样扩容起始点和气体流量拐点对应的应力差平均值仅相差0.102 MPa,扩容起始点和气体流量拐点几乎同时出现.由此可知:高瓦斯煤岩体在采动应力影响下,蓄能的弹性变形区极有可能在瓦斯气体还未大量析出时,迅速转变为耗能的塑性变形区.一旦煤岩变形系统失稳,弹性变形区煤岩与瓦斯可同时释放能量,显现复合动力灾害的破坏特征.