液态CO2相变致裂煤体破坏行为及渗透特性
李钊
倪冠华
付正麟
巩俐
尚元梦
崔迎雪
李茉玉
山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590
摘要：深部低渗煤层瓦斯抽采效率低、治理时间长是制约煤炭安全高效开采的瓶颈问题.液态CO2相变致裂作为一种无水化增透措施,一方面可避免煤层水锁效应,另一方面可置换煤中瓦斯,强化抽采效果.为揭示液态CO2相变致裂对煤体增透的作用机制,以神木柠条塔和平煤十矿煤样为研究对象,通过霍普金森压杆动态冲击试验、高压CO2致裂试验和三轴压缩渗流试验,探究不同阶段的煤体破坏行为及渗透特性.结果表明:随着冲击速度的增大,煤样峰值应变率、动态峰值强度呈增加趋势,神木柠条塔煤样破坏方式由劈裂破坏向压碎破坏转变,应力-应变曲线不具有二次承压阶段,平煤十矿煤样破坏模式以劈裂为主,且具有明显的应变硬化现象;垂直主应力和煤体起裂压力之间存在显著线性关系,垂直主应力每升高1 MPa,起裂压力约增大0.6 MPa,对于裂隙发育程度较高的神木柠条塔煤样,致裂作用主要体现在裂隙的贯通与扩展,而对于结构致密的平煤十矿煤样则主要体现在新裂隙的形成;倾斜裂隙对煤体力学强度具有较强的劣化作用,可大幅降低煤体破坏所需的应力,围压作用下,含倾斜裂隙煤样其峰值应力较原煤降低约50％,其渗透率增大为原煤的12.7～14.9倍.研究揭示了液态CO2致裂"动态破碎—静态扩展—地应力挤压"3阶段的协同增透机制,可为液态CO2致裂增透技术的推广应用提供理论参考.
关键词：煤层增透瓦斯抽采液态CO2裂隙扩展渗透率
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(52404226)国家自然科学基金(52374212)国家自然科学基金(52174192)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 4940-4954 )
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