煤滲透和吸附變形規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、煤炭開采和瓦斯抽采過程中,煤和瓦斯存在著緊密的互動(dòng)聯(lián)系。瓦斯解吸、流動(dòng)和煤變形、滲透過程中瓦斯和煤之間的耦合作用又使得這種互動(dòng)關(guān)系異常復(fù)雜。研究煤變形破壞過程瓦斯的流動(dòng)規(guī)律和考慮空間、時(shí)間因素作用下的煤滲透規(guī)律變得尤為重要。同時(shí),人們對煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理的認(rèn)識仍不清楚,進(jìn)行煤吸附解吸氣體的變形規(guī)律研究,對防治煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害和指導(dǎo)瓦斯抽采具有重要的意義?；趲r石力學(xué)、滲流力學(xué)、實(shí)驗(yàn)力學(xué)和采礦工程等理論,開展了考慮吸附

2、、不同加載方向、時(shí)間尺度和尺寸效應(yīng)等因素作用下的煤滲透規(guī)律實(shí)驗(yàn),開展了煤巖全應(yīng)力應(yīng)變過程及循環(huán)荷載作用下的滲透規(guī)律實(shí)驗(yàn),以及煤對不同氣體吸附解吸特性和不同煤對甲烷吸附解吸規(guī)律的實(shí)驗(yàn),對煤滲透規(guī)律和吸附解吸規(guī)律進(jìn)行了深入的研究。取得的主要結(jié)論有:
　　(1)煤吸附不同氣體最大變形量不同,εCO2>ε(CH4)>εN2>ε(Ar)。吸附二氧化碳后的變形量是吸附甲烷變形量的2倍,是吸附氮?dú)庾冃瘟康?倍,煤不吸附氦氣。<

3、br>　　(2)不同類型煤對甲烷的吸附變形規(guī)律不同,不同煤吸附甲烷膨脹達(dá)到最大變形量所需要的時(shí)間也不同,突出煤樣吸附瞬間變形量即能達(dá)到最大值,非突出煤達(dá)到最大變形量需要數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)。
　　(3)考慮煤對瓦斯的吸附作用,煤滲透率降低;煤的滲透率與荷載施加方向有關(guān),不同載荷施加方向?qū)B透率影響明顯。
　　(4)煤全應(yīng)力應(yīng)變過程滲透率呈兩種形式變化,一種滲透率先降低后升高,達(dá)到峰值后再降低;另外一種是隨著應(yīng)力的增加滲透率遞減直

4、至屈服滲透率突然升高。循環(huán)加載過程煤的滲透率呈規(guī)律性增加,屈服前后的循環(huán)加卸載滲透率呈現(xiàn)不同變化規(guī)律。軸向和徑向循環(huán)荷載作用滲透率變化規(guī)律不同,軸壓循環(huán)加卸載過程,滲透率表現(xiàn)為逆時(shí)針上升,而圍壓循環(huán)加卸載過程,滲透率表現(xiàn)為順時(shí)針下降。通過全應(yīng)力應(yīng)變過程滲透率測試實(shí)驗(yàn)得到了煤變形破壞過程三階段滲透率—應(yīng)變關(guān)系式。
　　(5)煤滲透的尺度效應(yīng)明顯,考慮時(shí)間尺度,滲透率呈負(fù)指數(shù)衰減;研究了實(shí)驗(yàn)室尺度和工程尺度兩種空間尺度的滲透率變化規(guī)律