煤炭学报

作者：刘永茜, 韩国锋, 王维华, 霍中刚, 孟涛,

关键词：围压卸载, 煤体结构, 裂隙, 孔隙度, 实验分析,

针对受载煤体卸压过程裂隙发育数据难以捕捉的现状，设计了受载煤体伪三轴瓦斯渗流实验，完成了受载煤体加载和卸载过程的应力-应变-渗透率动态监测。同时基于能量守恒定理，开展了卸载过程中不同卸载速率下的能量分配比较，阐释了卸载速率对裂隙发育和渗透率变化的控制作用，并通过煤样裂隙监测数据对比予以验证。研究结果显示，卸载过程中的煤体裂隙结构受卸载速率影响，围压卸载速率越高，I类和II类裂隙越发育(所占比率增高)，I类裂隙数量较原始数量增幅甚至超过1倍，II类裂隙数量提高74.13%;在卸载过程中渗透率曲线整体可分为3段:线性段、抛物线段和稳定段，而决定其3段曲线分布的关键因素是煤体弹性模量大小、加载强度和卸载速率;随着卸载速率的提高，煤体渗透率加大，线性段斜率和抛物线段曲率半径逐步增加，线性段斜率由0.054 8逐步升高至0.091 9，0.138 8和0.216 4，抛物线曲率半径逐步增大，顶点曲率半径分别达到1.232，1.334，1.863和2.014，渗透率稳定的应力临界点不断减小，由15.26 MPa降低至14.08，13.14和10.88 MPa;煤体渗透率的变化可以通过裂隙长度增量进行量化表征，相同实验条件下，渗透率增量与裂隙长度增量之间呈线性关系;统计数据显示，围压卸载速率越高，弹性能转化率越低，裂隙发育能耗越高，高速卸载(加卸比1∶8)可使煤体破裂能耗超过80%，而低速卸载(加卸比1∶1)的裂隙能耗仅有25.62%;比较研究发现，高速卸载过程中煤体能量释放的主体引发原有裂隙扩展，而不是导致新裂隙的萌生，裂隙发育能耗与卸载速率之间呈对数关系。

来源：2020年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

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