三轴应力作用下破碎煤体渗透特性演化规律
尚宏波1
靳德武1
张天军2
李树刚3
王治宙1
赵春虎1
周振方1
柳昭星1
1.中煤科工集团西安研究院有限公司矿山灾害防治与环境治理技术研发中心,陕西西安,7100542.西安科技大学理学院,陕西西安,7100543.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安,710054
摘要：深部破碎煤岩体受地应力和开采扰动常处于三向应力状态,其渗透特性是影响矿井突水灾害预防和瓦斯抽放的重要因素之一.为研究深部破碎煤体的渗透性能,采用自主研发的破碎岩石三轴渗流试验系统,并设计一套破碎煤体三轴渗流试验方案,进行三轴应力作用下破碎煤体渗流试验,得到破碎煤体渗透特性随围压及孔隙率的演化规律.试验结果表明:①三轴应力作用下破碎煤样渗流雷诺数最大值为47.58,渗流速度与孔压梯度两者之间符合Forchheimer关系;②三轴应力作用下破碎煤样的孔隙率与围压的变化规律呈负相关,各级轴向位移下,两者服从对数函数关系;③随着有效应力的增大,各粒径下的破碎煤样孔隙率逐渐减小,破碎煤样孔隙率的理论计算值与试验结果较为吻合,表明文中给出的孔隙率计算方法可行;④各级轴向位移下,破碎煤样的渗透率随围压增大而减小,不同粒径的破碎煤样渗透率随围压的演化规律可用k=menσ3公式表示,颗粒粒径越大,破碎煤样的渗透率随围压的变化越敏感;⑤颗粒粒径及孔隙排列方式影响破碎煤样渗透性能,不同粒径破碎煤样随孔隙率的减小,渗透率整体减小,非Darcy流β因子呈增大趋势,其中渗透率的量级为10-14～ 10-10 m2,非Darcy流β因子的量级为107～ 1011m-1.所得研究结论有助于增强深部破碎煤岩体渗透特性演化规律的认识.
关键词：三轴应力破碎煤样渗透特性围压孔隙率
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2017YFC0804103)国家自然科学基金(51774234)科技创新基金(2018XAYMS04)
论文发表日期：2019-01-01
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( 1066-1075 )
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