加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率试验研究

作     者：张保勇 赵国建 高霞 吴强 ZHANG Baoyong;ZHAO Guojian;GAO Xia;WU Qiang

作者机构：黑龙江科技大学安全工程学院黑龙江哈尔滨150022 黑龙江科技大学建筑工程学院黑龙江哈尔滨150022 

基　　金：国家自然科学基金联合基金资助项目(U21A20111) 国家自然科学基金面上资助项目(51974112) 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年第49卷第3期

页      码：1414-1431页

摘      要：为探究瓦斯水合固化及加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率变化规律,采用自主设计的应力–渗流–化学耦合作用煤体三轴试验装置,测量瓦斯水合物生成前后煤体渗透率及升轴压卸围压条件下煤体(3种粒径:0.425~0.850(20~40目)、0.250~0.425(40~60目)、0.180~0.250 mm(60~80目);3种饱和度:40%、60%、80%)应变及渗透率,获取加卸载条件下应力–应变曲线确定煤体变形特征,分析瓦斯水合物生成、水合物饱和度及偏应力对煤体渗透率的影响规律,通过渗透率损失率、变形角公式对煤体渗透率影响程度、体积膨胀效应进行量化表征,基于渗透率模型初步探讨水合物分布模式对煤体渗透率的影响机制。研究表明:①饱和度对煤体渗透率变化规律影响较为复杂,总体而言,随着饱和度增加,渗透率降低百分比越大,堵塞程度越显著。瓦斯水合物生成后,煤体渗透率明显降低,降低幅度为58.3%~83.3%(20~40目)、61.5%~95.0%(40~60目)、81.8%~90.9%(60~80目),随着饱和度增加,煤体渗透率整体呈降低趋势,下降幅度为55.6%~86.1%。②煤体轴向应变随着时间增加呈现出稳定增大、缓慢增大和快速增大3个阶段,煤体渗透率与应变具有一定相关性,并随着偏应力增加呈二项式函数增大、先减小后增大、先增大后减小3种趋势,二项式函数可较好预测采掘应力扰动下瓦斯水合固化后煤体渗透率变化规律。③引入渗透率损失率,在相同水合物饱和度下,随着偏应力增加,煤体渗透率损失率整体呈增大趋势。④引入体积膨胀变形角,在相同偏应力差下,随着饱和度增加,煤体体积膨胀变形角由19.0°~63.9°降至0.2°~38.2°,说明水合物饱和度越低,煤体体积膨胀效应越显著。

主 题 词：煤与瓦斯突出 含瓦斯水合物煤体 加卸载 应变 渗透率 

学科分类：0819[工学-海洋工程类] 081903[081903] 0817[工学-轻工类] 08[工学] 0818[工学-交通运输类] 0701[理学-数学类] 0812[工学-测绘类] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.13225/j.cnki.jccs.XR23.1506

馆 藏 号：203127532...