煤炭学报

作者：姬红英, 王文博, 辛亚军, 张东营, 高忠国, 任金武,

关键词：水力耦合, 分形维数, 渗流特征, 应力–应变, 振铃计数, 破坏形态,

煤样轴向应力加载–水压渗流作用下裂隙(孔隙)发展直接影响煤样试件的力学指标与渗流特性，文中通过理论解析与力学试验方法，分析了煤样试件裂隙(孔隙)主导下渗透率与声发射分形维数、振铃计数响应关系，建立了水力耦合作用下煤样声发射分形–渗透率模型，开展了不同围压(2～5 MPa，Δpw(渗透压)/p'c(围压)=0.75)下水力耦合煤样渗流试验，分析了不同围压(水压)下煤样试件的力学行为、声发射规律与渗流特征，探讨了不同围压下煤样试件的强度提升特点与破坏形态–声发射定位关系，验证了水力耦合下煤样试件的声发射分形–渗透率模型合理性。结果表明：煤样试件渗流试验中裂隙(孔隙)变化与声发射振铃具有一致性，裂隙(孔隙)扩展与声发射分形维数、渗透率密切相关，声发射分形、渗透率可用体积应变表征，基于声发射分形的水力耦合下煤样试件的声发射分形–渗透率模型可采用2段式数学模型解析；煤样渗流全应力–应变过程中渗透率表现为短时减少—长时缓慢增加—急速增加—小幅回落过程，振铃计数呈快速增加—减少—增加—减少波浪型发展，渗透率最小值滞后体积应变压缩与膨胀临界点，最小渗透率变化在0.124×10–17～1.250×10–17m2；随着围压(2～5 MPa)增加，煤样峰值偏应力、峰值轴向应变与峰值体积应变均呈增大趋势，线性特征显著，煤样峰值渗透率滞后峰值强度呈减小趋势，减幅达到93.34%，最大声发射振铃计数(对应峰值强度位置)表现为增加趋势；水力耦合下煤样试件有效黏聚力和有效内摩擦角分别提高到6.511 6 MPa与36.56º，随着围压(2～5 MPa)增加，煤样试件的声发射信息由单斜面向不规整斜面过渡，主控破裂面角度由小角度向高角度转变，失稳由单块体剪切变为多块体压缩形态，试件破裂可采用声发射定位振铃计数表达；煤样试件声发射分形–体积应变、渗透率与体积应变、分形与渗透率3个试验曲线与理论曲线较为吻合，围压2～5 MPa试件压缩阶段相关性分别在0.882～0.999、0.950～0.998与0.849～0.997，围压2～5 MPa试件膨胀阶段相关性0.937～0.996、0.891～0.998与0.873～0.966。

来源：2024年第8期

《煤炭学报》期刊编辑部

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