液氮致裂时间对煤样力学性能、渗透性与致裂机理的影响
王菁瑞
赵耀江
李雨成
王浩
王江涛
张慧娟
太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西晋中 030600
摘要：为研究液氮致裂时间对煤样的力学性能和渗透率的影响,利用自主研发的WYS-800三轴瓦斯渗流试验装置及声发射检测系统,对 4组不同液氮致裂时间处理的煤样分别进行三轴力学渗流试验并采集声发射信号,对三轴力学渗流试验中各组煤样的力学性能、渗透率的变化进行了分析,描述了声发射信号的特征;根据沸腾换热理论、一维圆柱导热理论、热应力理论分析了致裂机理,计算了不同致裂时间下产生的热应力,通过数据拟合揭示了平均温度降、平均热应力、初始渗透率与致裂时间的关系.研究结果表明:①液氮致裂时间对煤样的力学性能产生不同影响,抗压强度和弹性模量随致裂时间的增加呈现先减小后增大的趋势,泊松比则呈现先增大后减小的趋势,煤样三轴加载时轴向应力-轴向应变曲线的阶段性演化具有明显差异,与力学参数的改变相关.②不同液氮致裂时间煤样在三轴加载过程中的渗透率均呈U型变化,煤样的初始渗透率、最小渗透率、试验测得最大渗透率随致裂时间的增加而增大,致裂 30 min时增幅分别为 119.05％、437.5％、146.49％;声发射信号在压密和弹性阶段不活跃,主要产生于屈服阶段和破坏阶段,致裂后煤样的声发射振铃计数峰值产生于破坏点附近,均大于20000次.③煤样与液氮之间的膜态沸腾换热系数为570.4 W/(m2·K),煤样平均温度降与致裂时间相关,对平均热应力和初始渗透率起主导作用,致裂 30 min时煤样内部产生的平均温度降可达 213.63 K,平均热应力可达 5.850 MPa.④液氮处理后煤样的初始渗透率与平均温度降之间呈线性关系,与致裂时间呈负指数分布关系.改变参数取值,可推广至其他类似处理的煤样或实际生产评估.
关键词：液氮致裂力学性能渗透性致裂机理平均温度降
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)TK124(热能、热力工程)
资助基金：国家自然科学基金(52274245)
论文发表日期：2023-06-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 101-110 )
英文信息