三轴条件下含瓦斯煤力电感应规律的试验研究

应用自主研制的电荷感应系统,在三轴压缩条件下研究不同围压和孔隙压力对含瓦斯煤在破坏过程中电荷感应信号的影响规律。试验结果表明：在围压一定情况下,随着孔隙压力的升高,电荷感应信号减弱,孔隙压力对煤样压缩破裂产生的电荷感应信号起到弱化作用;在孔隙压力一定的情况下,随着围压的升高,电荷感应信号增强,围压对煤样压缩破裂产生的电荷感应信号起到强化的作用。     

常规三轴压缩下含瓦斯水合物煤体能量变化规律研究

基于常规三轴压缩下含瓦斯水合物煤体的偏应力-应变曲线,结合热力学第一定律,研究含瓦斯水合物煤体变形破坏过程中能量变化规律。研究表明:含瓦斯水合物煤体变形破坏过程中以峰前弹性应变能为主导转化为峰后耗散能为主导;所吸收的总能量、弹性应变能、耗散能均随围压、饱和度的增大而增大;建立了饱和度和围压对煤样压缩破坏过程中临界破坏点总能量耦合影响的多元线性回归方程,取得了较好的拟合度;随着围压和饱和度增加,临界破坏点处积聚的弹性能增大,从而产生较大的耗散能。     

三轴压缩下含瓦斯水合物煤体力学特性的离散元研究

瓦斯水合固化防突技术能有效强化煤体力学特性,减弱煤与瓦斯突出危险性,但荷载作用下瓦斯水合物-煤介质体系力学特性演化机理不清晰,制约了瓦斯水合固化防突技术的发展。因此,以含瓦斯水合物煤体为研究对象,基于离散元法,建立了含瓦斯水合物煤体数值模型,分析了刚度比、水合物颗粒含量等参数取值对应力-应变曲线的影响,揭示了三轴压缩过程含瓦斯水合物煤体接触力链变化规律。 研究表明：数值模拟能较好地模拟试验结果;在模拟过程中,刚度比 k_n/k_s>1的弹性模量总体上比 k_n/k_s≤1 的弹性模量大;随切向黏结应力及水合物颗粒含量的增加,应力-应变曲线逐渐由应变硬化向应变软化转变;在加载过程中,外力主要由强力链来承载,方向与外部荷载的方向平行;弱力链对强力链起到支撑作用,方向主要沿水平方向。     

升降围压对含瓦斯煤渗透率影响研究

以贵州矿区具有突出危险性的五轮山8#煤层型煤试件为研究对象,借助自主研发的三轴渗流设备开展了2次升降围压条件下的三轴渗流试验,重点剖析了围压对含瓦斯煤渗透率演化规律及2次升降围压过程中含瓦斯煤渗透率最大损失率变化趋势。     

三轴压缩下茅口灰岩围压效应的试验研究

针对南方广泛存在的茅口灰岩,利用MTS815电液伺服控制刚性试验机进行不同围压下三轴压缩试验,通过拟合分析,结果表明:(1)三轴抗压强度随着围压的增大,且呈线性增长;低围压条件下,茅口灰岩弹性模量随围压增大而增大,围压超过17 MPa,弹性模量趋于稳定;泊松比随围压增加成二次非线性增长趋势.(2)低围压条件下,岩样扩容率较小时即发生脆性破坏,体积应变扩容率随着围压的增大而提高;围压为12 MPa,岩样由脆性向延性转化,围压加至17 MPa,岩样表现为延性流动.3)随着围压的逐渐增加,岩样破坏方式趋于简单,由侧向剪切破坏逐渐转为对角剪切破坏,破坏角增大.     

三轴压缩状态下突出煤样与非突出煤样变形与力学性质的研究

通过对非突出煤样、延期突出煤样和突出煤样的三轴压缩试验,比较分析了以上三种不同煤样的变形与力学性质.得出同一种煤样在不同围压下以及不同煤样在同一围压下的应力-应变曲线具有较强相似性的结论.     

两种不同岩石在三轴压缩条件下的变形实验

利用电液伺服材料控制机试验系统,以不同的围压(5、10、15、20、25、30MPa)分别对矽卡岩和蛇纹岩试样进行三轴压缩试验,分析围压和岩样三轴抗压强度的关系,研究岩样各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特征,并比较两种岩样破坏形式的差异.试验结果表明,在三轴压缩条件下,两种岩样的三轴抗压强度与围压都有良好的线性关系;两种岩样的变形规律基本相同,且最终的破坏方式主要都为单斜面剪切破坏.     

含瓦斯煤体破裂过程围压效应研究

为了研究围压对淮北矿区含瓦斯煤体力学性质的影响,对含瓦斯煤体进行了三轴试验分析,并利用岩石破裂过程分析(RFPA2D-Flow)系统,模拟3种不同围压下含瓦斯煤体强度、变形和破坏的情况。研究表明:煤体极限抗压强度、残余强度和弹性模量随围压的增大而增大;煤体的残余变形和试验的围压及自身的强度有关,围压越大,残余变形就越小;加载过程中,含瓦斯煤体从弹性变形阶段逐渐软化,而后软化减弱表现出一定塑性特征;随着围压的不断变化,含瓦斯煤体的破裂形式也随之变化,含瓦斯煤体的宏观破裂面与最大主应力方向的夹角随围压增加而逐渐增大。     

含瓦斯煤卸围压蠕变试验及其理论模型研究

以重庆松藻煤电公司打通一矿突出煤层取得的煤样为研究对象,运用自制的含瓦斯煤三轴蠕变加载渗流试验系统,进行了含瓦斯煤卸围压蠕变与渗流试验研究,分析了其黏塑性本构关系与考虑Klinkenberg效应的卸压瓦斯渗流规律。结果表明：通过卸围压可使含瓦斯煤加速破坏,对于脆性煤岩体则容易引起冲击地压或煤与瓦斯突出。由于煤样在加压再卸压的过程中产生大量的宏观裂隙,优化了煤体中孔隙的连通性,会引起瓦斯流动速度显著增加。改进了Chaboche黏塑性本构模型,可用以描述含瓦斯煤的卸压短期蠕变破坏。通过实验数据可以获得该本构模型中的系列参数,并使之与含瓦斯煤的卸压变形吻合。通过试验得出了考虑Klinkenberg效应的卸围压过程中瓦斯流量的变化规律、视渗透率与滑脱系数。     

温度对含瓦斯煤力学特性影响试验研究

借助自主研发的三轴渗流装置,以贵州玉舍1#煤层250~380μm的型煤试件为研究对象,开展了不同温度条件下含瓦斯煤的三轴压缩试验,研究表明:不同温度条件下含瓦斯煤的全应力-应变曲线大体可以分为压密、线弹性、屈服和峰值及应变软化4个阶段;温度增加时含瓦斯煤的三轴抗压强度呈减小趋势;含瓦斯煤的刚度和强度均随温度升高而降低;升温过程含瓦斯煤的径向变形速度大于轴向变形速度,出现泊松比增大现象。     

不同围压下煤层波速的实验分析

对采自阳泉某矿15号煤层的6块煤样进行了常温变压条件下的超声波实验,分析了围压变化对煤层速度的影响。结果表明,煤层的纵、横波速度随着围压的增加而增大,且与压力之间存在较好的二次相关关系;不同裂隙发育程度的煤样随围压的增加其波速增幅比不同;不同围压条件下煤层纵横波速度之间具有较好的线性正相关关系。通过变方位超声波测试的数据分析,该煤层有明显的横波速度各向异性,并确定了煤层的主裂隙方向。     

不同瓦斯压力条件下含瓦斯煤的渗透特性试验研究

为探讨瓦斯压力对含瓦斯煤渗透特性的影响,通过含瓦斯煤的三轴剪切试验,获得试件在进行三轴渗流试验时始终处于稳定应力状态的轴向应力和围压的合理取值,在此基础上,以贵州松河煤矿8号煤为剖析对象,利用自主研制的出口压力可调的三轴渗透仪进行了有效应力和温度恒定、不同瓦斯压力条件下的三轴渗流试验。结果表明:当瓦斯压力恒定时,含瓦斯煤试件的抗剪强度随着围压的增加而增加;当有效应力、温度和试件两端压差恒定时,渗透率以指数关系随着间隙气压的增加而下降;当有效应力、温度和间隙气压恒定时,渗透率随着两端压差的增大而减少。试验结果为地面煤层气开发和井下瓦斯抽采提供了有力的技术支撑。     

气体围压条件下煤体单轴压缩破坏的电位特征研究

为了研究煤体在单轴加载情况下瓦斯环境对煤体电位的影响效应,搭建了氮气围压条件下煤体单轴压缩破坏观察监测系统,测试了不同围压条件下煤体单轴加载的电位变化情况,探讨了煤体加载破坏和瓦斯对电位的影响机理。实验结果表明,煤体在围压条件下加载破坏能够产生电位信号,且电位信号与应力和气体压力的变化趋势具有一定的关联性;对于同一类型煤样,随着充入氮气压力的增加,煤体应力结构改变,在煤体主破裂发生前电位信号波动幅度增加0.2 m V左右,振幅突变明显增大,电位差值从0 m V增大至2 m V左右;在煤体主破裂发生时,电位信号明显增大。     

煤样渗透率围压敏感性试验研究

根据采掘工作面前方煤体的复杂受载状态,利用自主研发的受载煤岩瓦斯渗流试验系统,研究了不同含水率煤样在2次加、卸载围压过程中的渗透率变化特性。研究结果表明:随着围压的增加,煤样的无因次渗透率及渗透率损害系数减小,且减小幅度逐渐趋于平缓;第1次加载过程的应力敏感性要大于第2次加载过程,应力敏感系数随着煤样含水率的增加而增加;围压升降过程中煤样渗透率的变化是不完全可逆过程;第1次围压加、卸载过程中,渗透率损害很大,且随着含水率的增加而增大,第2次加、卸载过程中渗透率损害率较小。研究结果可为深入认识煤层瓦斯运移规律提供试验基础,也可为煤层瓦斯抽采和煤矿瓦斯灾害防治提供理论支撑。     

三维应力下岩石渗透率实验研究

为了研究岩石在承压水渗流过程中影响渗透率的主要因素、裂隙的扩展规律及导致的最终破坏形式,采用MTS 815.02岩石力学电液伺服系统对岩石试件进行了实验和分析.基于岩石力学理论及断裂力学理论建立了渗流实验力学模型,对实验结果进行了合理的力学解释.实验结果表明:岩石的岩性、成岩条件、节理裂隙发育状况及受力状态是影响岩石渗透率变化的主要因素;岩石渗透率的"突变"现象在一定程度上反映了不同岩石内部裂隙发生大规模扩展时应力状态及扩展速率的差异,岩石渗流过程中裂隙的扩展贯通及最终破坏形式,不仅与岩石的岩性有关,还和裂隙与主应力的夹角及有关.     

多级围压下岩石三轴试验方法研究

作者在刚性伺服三轴试验机上通过简单的控制方式,采用单块或少量试件,实现多级围压作用下加载的三轴试验,并对砂岩、泥岩等试验结果进行了分析。使用该方法确定的粘聚力低于常规试验值而内摩擦角变化不大;同时该方法可以降低岩石试件间的差异对试验结果的影响。     

含瓦斯煤体单轴压缩电阻率变化规律实验研究

建立了含瓦斯煤体单轴压缩电阻率实时测试系统,测试并对比分析了含瓦斯煤体和不含瓦斯煤体在单轴压缩过程中的电阻率变化,并对瓦斯对电阻率变化的影响机制进行了探讨。研究结果表明:2种实验条件下煤体电阻率均呈现先减小后增大的变化规律;电阻率减小阶段,游离态瓦斯对电阻率的减小有延缓阻碍作用,即电阻率随加载应力的增大呈持续平缓减小趋势,未出现不含瓦斯煤体实验中出现的突降现象;电阻率增大阶段,游离态瓦斯对电阻率的增大有促进作用,即电阻率"拐点"处所对应的加载应力水平较之不含瓦斯煤体更小;煤体发生破裂之后,电阻率增长幅度普遍小于不含瓦斯煤体。     

煤岩单轴与三轴压缩试验研究

在电液伺服岩石力学试验系统上进行了煤岩的单轴和三轴压缩试验。结果表明:在单轴压缩时,大部分试件表面出现剥落并发生X状共轭斜面剪切破坏或劈裂破坏;不同试样煤岩的强度离散性较大,对于强度较高的试件,其弹性模量也较大。三轴压缩时,煤岩的变形增加并沿某一斜面产生剪切破坏,变形表现出塑性材料的特征;煤样弹性模量相对单轴压缩时提高,离散性降低;三轴强度大于单轴强度,而且三轴强度和残余强度随围压的增加而增大。     

单轴压缩状态下含瓦斯煤岩力学特性试验研究

在设计的含瓦斯煤岩单轴压缩试验方案的基础上,利用MTS 815岩石力学试验系统实现了含瓦斯煤岩的单轴压缩力学试验研究.结果表明:设计的试验方案可以满足含瓦斯煤单轴压缩状态下的力学特性试验要求;其全应力应变曲线分段明显,仅压密阶段的出现不明显;瓦斯的存在增加了煤岩试件破坏的脆性;单轴压缩下,含瓦斯煤样的体积应变与应力关系曲线较为复杂,可分为3个阶段;根据试验研究结果,回归得出了含瓦斯煤样的损伤方程.