双重卸载模式下含瓦斯煤力学特征响应及渗流规律
周斌1
刘航1
李树刚1
双海清1
张东明2
彭守建2
刘子嘉1
王崇智1
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学西部煤矿瓦斯灾害防控陕西省高等学校重点实验室,陕西西安 7100542.重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室,重庆 400044
摘要：煤与瓦斯突出(简称"突出")的发生是一个气压与围压同时卸载的过程(即"双重卸载").为判断应力和气压对突出煤体破坏的主控作用,明确其在突出过程中的作用机制,基于三轴渗流试验,分析了煤体试件在多种卸载模式及不同卸载比条件下的力学状态、渗透特性及破坏倾向性,并探讨了多种卸载模式下有效应力作用与Klinkenberg效应的作用机制,研究结果表明:煤岩体在气压卸载、围压卸载及双重卸载模式下轴向应变持续增大;仅卸气压时,径向应变线性减小,表现为煤岩体的最终渗透率增长率仅为36.88％,应力圆半径未发生变化,应力圆逐渐远离强度包络线,试件将逐渐趋于稳定;仅围压卸载时,径向应变线性增大,表现为煤岩体最终渗透率增长率高达990.91％,同时应力圆半径逐渐增大,应力圆逐渐靠近强度包络线,试件趋于发生破坏;而双重卸载模式下,在卸载前期体应变比最大,煤岩体最终渗透率增长率为149.24％,应力圆半径逐渐增大,应力圆远离强度包络线,试件逐渐趋于稳定.但随着双重卸载模式的卸载比增大,煤岩体轴向应变、径向应变及体应变变化速率均增加,有效应力在突出过程中的主导作用增强,进而导致渗透率增长速率升高,相应的应力圆半径增长幅度也将逐渐增大,应力圆将由远离包络线转至靠近包络线.由试验结果进一步得知,多次的阵发式突出过程中,受应力和瓦斯压力的双重控制,当发生典型的煤-瓦斯两相流动现象时,煤岩体表现为双重卸载过程,应力对突出的发展起到主导作用,而在突出处于短暂的停止阶段,煤岩体表现为仅的气压卸载过程,此时气压对突出的再次启动起到了主导作用.
关键词：煤与瓦斯突出渗透率Klinkenberg效应有效应力应力圆
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52074217)国家自然科学基金(52204240)陕西省自然科学基金青年资助项目(2022JQ-365)陕西省教育厅科技专项资助项目(22JK0460)
论文发表日期：2025-03-31
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：14( 1583-1596 )
英文信息