双重卸压效应下煤体力学行为响应及对渗透率的影响规律
刘厅
赵洋
林柏泉
中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116;煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116
摘要：为了揭示煤层气原位开发过程中储层力学行为响应特征及气体渗流规律,基于实验室试验和理论分析研究了双重卸压效应下(同时降气压和卸围压)煤体力学参数的动态演化规律及其对渗透率的控制机制.首先研究了不同卸压路径下煤体渗透率的动态演化规律;其次同步获取了双重卸压下煤体超声波波速及煤体力学参数的变化特征;最后探讨了双重卸压下煤体损伤演化规律及屈服破坏机制.结果表明:①当应力降低梯度dσh/dp＜1时,煤体渗透率随气压的降低而逐渐降低;dσh/dp=1时,由于Klinkenberg效应煤体渗透率随气压的降低略有升高;dσh/dp＞1时,渗透率在初期由于原生裂隙的张开而缓慢增加,后期由于新裂隙的产生而快速升高;② 双重卸压过程中煤体声波波速、力学参数以及渗透率之间存在显著的对应关系,波速的变化反映了煤体内部裂隙结构的改变,波速降低表明煤体内部原生裂隙的张开或新裂隙的产生,对应地,煤体动态弹性模量和剪切模量降低,泊松比升高,煤体渗透率升高;③单轴应变条件下,基于孔弹性理论建立的水平应力演化模型与实验室测试结果存在较大偏差,卸压后期理论预测值明显低于试验测试结果,这主要是由于理论模型忽略了煤体损伤引发的弹性模量劣化而导致的;④双重卸压过程中,高dσh/dp下煤体发生破坏的概率明显高于低dσh/dp的情况,这是因为高dσh/dp下煤体垂直和水平有效应力差快速升高,力学强度快速劣化,导致煤体更容易发生屈服破坏.
关键词：煤层气双重卸压渗透率声波波速煤体损伤
分类号：P618.11(矿床学)TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52004276)江苏省自然科学基金资助项目(BK20200636)博士后创新人才支持计划资助项目(BX20190369)
论文发表日期：2022-07-28
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( 2656-2667 )
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