超临界CO2作用后无烟煤力学损伤演化特性及机理
肖畅
王开
张小强
姜玉龙
闫建兵
岳少飞
王文伟
詹傲
太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024
摘要：超临界CO2作用后会导致煤体微观结构发生变化,进而导致煤体结构损伤,从而改变煤体的力学性能.为定量表征在超临界CO2作用后煤体力学性质的损伤演化规律,以无烟煤为对象,开展干/饱两种含水率下煤体的超临界CO2浸泡试验,确定在超临界CO2作用下无烟煤各力学参数的演化规律,结合声发射试验及电镜扫描试验,明确了无烟煤在超临界CO2作用下的损伤模型及机理.研究结果表明:①超临界CO2对煤体的抗压强度、弹性模量及泊松比具有明显的损伤劣化效应,抗压强度、弹性模量均出现不同程度的降低,泊松比表现出升高趋势.水分也是影响煤体力学特性的重要因素,较干燥组煤样而言,饱水组煤样在超临界CO2作用下的劣化效果更为明显.不同试验条件下煤样的总劣化程度和阶段劣化度均表现出一定的时间效应和非均匀性,随着浸泡时间的增加,煤体损伤程度逐渐减弱,最后趋向于某个定值.②煤体的声发射累计数随着浸泡时间的增加出现不同程度的减少,声发射累计曲线的4个阶段与应力-应变曲线中的4个阶段有良好的一致性.③构建了基于超临界CO2浸泡不同时间下煤体的损伤模型,由模型可知,弹性模量的变化趋势与泊松比的变化趋势成负相关关系,与试样结果相符合.随着浸泡时间的增加,超临界CO2对煤样的损伤不断增加,但增幅逐渐减小.④水+超临界CO2会与煤样发生一系列物理、化学反应,改变煤样内部的微观结构,使得煤样的微裂隙增多,从而导致煤体力学性能的劣化.超临界CO2对煤体的损伤演化效应是从微观到宏观的累积过程.
关键词：力学特性无烟煤超临界CO2CO2地质封存损伤变量声发射
分类号：TD315(矿山压力与支护)X701(一般性问题)
资助基金：国家自然科学基金(51974194)国家自然科学基金(52104097)山西省基础研究资助项目(20210302123147)
论文发表日期：2022-06-28
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：12( 2340-2351 )
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