水力耦合下煤样声发射分形-渗透率模型及试验研究
姬红英1
王文博2
辛亚军3
张东营4
高忠国4
任金武5
1.河南理工大学资源环境学院,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 4540002.河南理工大学资源环境学院,河南焦作 4540003.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 4540004.黔西金坡煤业有限公司,贵州毕节 5517005.河南能源集团永华能源有限公司,河南洛阳 471000
摘要：煤样轴向应力加载-水压渗流作用下裂隙(孔隙)发展直接影响煤样试件的力学指标与渗流特性,文中通过理论解析与力学试验方法,分析了煤样试件裂隙(孔隙)主导下渗透率与声发射分形维数、振铃计数响应关系,建立了水力耦合作用下煤样声发射分形-渗透率模型,开展了不同围压(2～5 MPa,Δpw(渗透压)/p'c(围压)=0.75)下水力耦合煤样渗流试验,分析了不同围压(水压)下煤样试件的力学行为、声发射规律与渗流特征,探讨了不同围压下煤样试件的强度提升特点与破坏形态-声发射定位关系,验证了水力耦合下煤样试件的声发射分形-渗透率模型合理性.结果表明:煤样试件渗流试验中裂隙(孔隙)变化与声发射振铃具有一致性,裂隙(孔隙)扩展与声发射分形维数、渗透率密切相关,声发射分形、渗透率可用体积应变表征,基于声发射分形的水力耦合下煤样试件的声发射分形-渗透率模型可采用2段式数学模型解析;煤样渗流全应力-应变过程中渗透率表现为短时减少—长时缓慢增加—急速增加—小幅回落过程,振铃计数呈快速增加—减少—增加—减少波浪型发展,渗透率最小值滞后体积应变压缩与膨胀临界点,最小渗透率变化在0.124×10-17～1.250×10-17m2;随着围压(2～5 MPa)增加,煤样峰值偏应力、峰值轴向应变与峰值体积应变均呈增大趋势,线性特征显著,煤样峰值渗透率滞后峰值强度呈减小趋势,减幅达到93.34％,最大声发射振铃计数(对应峰值强度位置)表现为增加趋势;水力耦合下煤样试件有效黏聚力和有效内摩擦角分别提高到6.511 6 MPa与36.56°,随着围压(2～5 MPa)增加,煤样试件的声发射信息由单斜面向不规整斜面过渡,主控破裂面角度由小角度向高角度转变,失稳由单块体剪切变为多块体压缩形态,试件破裂可采用声发射定位振铃计数表达;煤样试件声发射分形-体积应变、渗透率与体积应变、分形与渗透率3个试验曲线与理论曲线较为吻合,围压2～5 MPa试件压缩阶段相关性分别在0.882～0.999、0.950～0.998与0.849～0.997,围压2～5 MPa试件膨胀阶段相关性 0.937～0.996、0.891～0.998 与 0.873～0.966.
关键词：水力耦合分形维数渗流特征应力-应变振铃计数破坏形态
分类号：TU45(土力学、地基基础工程)
资助基金：河南省重点研发与推广专项(科技攻关)资助项目(232102321132,232102320253)贵州省科技支撑项目(2021)
论文发表日期：2024-08-28
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：18( 3381-3398 )
英文信息