矿震对含气煤样力学及渗流特性影响规律
穆海龙1
孟上九2
王淼3
秦艺峰4
孙志远1
祝威4
ALEKSEI Sobolev4
1.中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室,黑龙江 哈尔滨 1500802.中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080;黑龙江科技大学安全工程学院,黑龙江 哈尔滨 1500203.黑龙江省水利科学研究院,黑龙江 哈尔滨 1500804.黑龙江科技大学安全工程学院,黑龙江 哈尔滨 150020
摘要：矿震频发给煤矿安全生产带来严重威胁,经调研表明矿震后易引发瓦斯灾害,呈现"先震后灾"特征,为矿震作用下瓦斯灾害预警提供了可能,但矿震作用诱发瓦斯灾害渗流规律不清.考虑煤体应力环境及瓦斯灾害发生原理,基于矿震波形特征分析,采用自主设计的动态三轴加载渗流试验系统,引入循环应力比(Cyclic Stress Ratio,CSR)来模拟矿震作用特征,同时考虑了动载频率和气体吸附压力,设计了动静组合加载方式,研究了动载作用下含气煤样的力学、微观孔隙及渗流特性.结果表明:在动载加载阶段煤样残余应变随振动次数开始快速增大后逐渐趋于平缓,煤样渗透率随动载频率和CSR的增大呈指数函数增大,而与初始吸附气体压力呈负指数函数变化,且CSR对煤样力学和渗透率影响最显著;损伤后的含气煤样峰值强度和弹性模量与动载频率、CSR、气体吸附压力均呈负相关关系,在CSR为 0.75时峰值强度和弹性模量劣化率达到最大,分别为 15.3%和 68.2%,损伤变量为 0.68;利用CT扫描和三维重构技术,得到煤样加载前后孔隙体积变化的定量表征,不同CSR加载下孔隙总体积最大增大到初始状态的 7倍,分析了动荷载对煤样孔隙率的影响特征,解释了矿震动应力对煤体孔裂隙发展、渗流特征及损伤变形的作用特征及相关关系.研究可为矿震作用下深部煤岩瓦斯动力灾害的机理揭示及灾害预警提供支撑.
关键词：矿震循环应力比残余应变渗透率CT扫描
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52374199)黑龙江省自然科学基金资助项目(ZD2023E008)黑龙江省双一流新一轮建设学科协同创新成果建设资助项目(702000009020503)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 4824-4839 )
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