煤炭学报

作者：王登科, 张航, 魏建平, 吴岩, 张宏图, 姚邦华, 付建华, 赵立桢,

关键词：裂隙动态演化, 瓦斯压力, 工业CT扫描, 三维数字重构, 分形维数,

为探索瓦斯压力影响下的含瓦斯煤裂隙动态演化特征及其规律，利用受载煤岩工业CT扫描系统开展了三轴压缩条件下的含瓦斯煤原位工业CT扫描试验，获取了不同变形阶段的含瓦斯煤原始CT图像和应力-应变曲线等测试结果，通过三维重构技术得到了含瓦斯煤的数字化模型，运用图像分析处理软件对数字化模型进行了裂隙结构的精确提取，实现了含瓦斯煤内部裂隙结构空间形态的可视化展布，并结合分形理论对含瓦斯煤内部裂隙结构进行了定性和定量分析。研究结果表明：围压一定时，不同瓦斯压力下受载含瓦斯煤的全应力-应变曲线变化趋势大致相同，均经历了5个变形阶段，即初始压密阶段、线弹性变形阶段、塑性屈服阶段、峰值破坏阶段和残余变形阶段，含瓦斯煤的峰值强度、弹性模量和残余强度均随瓦斯压力的增大而线性减小；全应力-应变过程中，在瓦斯压力作用下，含瓦斯煤二维裂隙的分形维数和裂隙像素比变化趋势基本一致，呈现出先减少（或不变）后加速增大再增速放缓的变化规律；含瓦斯煤三维裂隙的裂隙率、裂隙密度和三维分形维数变化趋势基本一致，均呈现出缓慢下降、缓慢增长和急剧增长的三阶段式演化规律；破坏失稳后，含瓦斯煤裂隙像素比和二维分形维数随瓦斯压力的增加而线性增大，并且含瓦斯煤的裂隙密度、裂隙率和三维分形维数也随之线性增加；瓦斯气体的存在促进了受载含瓦斯煤的裂隙扩展和贯通，二维裂隙和三维裂隙的数量及网络复杂程度随着瓦斯压力的升高均增大；吸附瓦斯的非力学作用和游离瓦斯的气楔膨胀作用共同导致了含瓦斯煤力学性质的整体弱化。

来源：2021年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

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