煤岩全应力-应变过程中渗透特性的研究

选取安徽淮南张集矿的煤样,对加工成的9个标准试件(50 mm×H100 mm)进行全应力-应变过程中的渗透测试及CT扫描试验。渗透试验结果表明：煤岩的渗透率-应变曲线与应力-应变曲线具有相似的变化规律,且渗透率表现出应变滞后性,表明瓦斯在煤岩中的流动特性与受载过程中煤岩内部产生的损伤演化密切相关;围压使煤岩内部的瓦斯通道发生压密闭合,导致渗透率随围压的增大而减小。在渗透试验前后对试件进行CT扫描,结果表明,渗透试验前试件上基本观测不到有微观孔隙裂隙的存在,渗透试验后有明显的贯通裂缝产生,导致试件的渗透率在应力-应变峰后呈现急剧上升的趋势。     

高阶煤煤岩全应力-应变过程渗透性实验研究及应用

煤层气压裂过程中注入压力的波动造成煤层渗透率发生动态变化,研究高阶煤层渗透率动态变化对压裂施工时压裂液效率定量评价有重要意义。利用GCTS-RTR-1000型电液伺服三轴试验机和HPPD-20脉冲衰减测瞬态渗透率仪,针对高阶煤试样在三轴压缩过程中的应力渗流耦合实验,通过在低围压条件下轴向应力-体积应变-渗透率测定实验进行实验数据分析研究,揭示了三轴压缩过程中高阶煤煤岩渗透率变化规律。     

受载煤体全应力-应变过程电阻率响应规律

为了研究煤体变形破坏过程电阻率变化特征,利用自建的受载煤体电阻率实时测试系统,对单轴压缩过程煤体应力、应变及电阻率进行了测试,分析了全应力-应变不同阶段煤体电阻率响应规律及变化机制。研究结果表明:煤体全应力-应变过程中,扩容现象发生时电阻率变化趋势出现突变,由下降转为上升,呈不规则"V"字形变化;在扩容发生前的压密阶段和弹性阶段,电阻率的变化由孔隙裂隙的闭合及应力作用决定,扩容的发生使得煤体在塑性阶段电阻率总是呈上升趋势,煤体进入破坏阶段后电阻率进一步上升。通过对煤体电阻率进行连续实时监测,可将电阻率变化规律作为前兆信息,以反映煤体失稳破坏前的扩容突变现象。     

单轴压缩下岩石全应力应变过程中能量演化特征

为了探究不同岩性岩石单轴压缩下能量演化规律,对花岗岩、砂岩和煤进行了单轴压缩和单轴分级加卸载试验,得到了不同条件下的应力-应变曲线;利用积分和公式获得了岩石试样不同条件下全过程的总能量密度、弹性能密度和耗散能密度值;分析岩石试样峰前和峰后能量演化特征,探究单轴压缩弹性能密度与总能量密度之间的关系。结果表明：单轴分级加卸载应力-应变曲线的外包络线和其单轴压缩曲线具有相同趋势,整体存在一定的偏离程度,且密实度越大的岩石,其偏离程度越小;岩石试样的弹性能密度和总能量密度在单轴压缩与单轴分级加卸载下均满足线性储能规律,利用线性储能规律,得到了岩石单轴分级加卸载与单轴压缩储能极限,两者几乎相等,并且岩石强度越大其储能极限越大。     

全应力-应变条件下煤岩渗透率变化机制实验研究

针对煤岩在采动荷载作用下渗透率演化规律展开研究,选取河南平顶山矿区煤岩,基于Darcy定律稳态测量法,利用三轴压缩渗透实验装置进行煤岩全应力-应变渗透性实验。实验结果表明:控制渗透气体压力相同,围压的增加,阻止了试件拉伸裂隙的发育,导致煤岩全应力-应变曲线的应力峰值升高、渗透率降低;控制围压相同,煤岩应变-渗透率曲线与应力-应变曲线变化趋势基本相同,且存在因果关系,导致煤岩应变-渗透率曲线较应力-应变曲线具有滞后性。     

岩石全应力-应变过程渗透变化规律分析

根据岩石渗透率变化与岩石破坏过程的对应关系,分析了全应力-应变过程中岩石渗透性能随应变的变化特点及渗透率-应变和渗透率-应力之间的关联性。研究表明岩石渗透率增长起始点与岩石的膨胀点近似对应,随全应力-应变过程的渗透率可划分为3个变化区间：压密区间、峰前屈服区间、峰后区间。岩石破坏过程变化主要是由尺度等级较小的微破裂的相互作用和生长最终形成主干断裂,进而形成贯通性的渗透通道。同时通过试验数据验证了分析的合理性。     

掘进工作面煤岩应力演化规律研究及其应用

为了研究掘进工作面开采过程中煤岩应力演化规律,以现场实际情况为工程背景,采用FLAC3D对掘进工作面不同掘进距离条件下煤岩应力集中和卸载程度进行了分析。研究得到:随着掘进距离的增加,工作面前方和上下帮位置的竖直应力集中程度和集中范围随之增加,工作面前方倾向应力集中程度和集中范围随之增大,对走向应力的变化趋势影响较小,走向应力始终处于卸压状态。     

砂岩全应力-应变过程气体渗透特性实验

以CO₂气体为介质,运用自制含气岩石力学试验系统对平顶山煤业集团一矿砂岩全应力-应变过程中的气体渗透特性、围压对砂岩渗透特性的影响进行了实验研究.试验结果表明：全应力-应变过程中砂岩渗透率变化具有明显的阶段性,且应变滞后性明显;峰后砂岩渗透率明显大于其起始渗透率;随着围压的增加,相同应变下砂岩试件的渗透率呈减小趋势,砂岩渗透率的变化率也趋于减小.     

三轴压缩煤岩破裂过程中声发射时空演化规律

利用MTS815岩石力学实验系统,开展不同围压（3.2、9.6、16.0、22.4 MPa）下煤岩的三轴压缩声发射定位实验,研究煤岩破裂过程中AE(Acoustic Emission)时序特征、能量释放与空间演化规律。实验发现：静水围压阶段,AE信号主要产〖JP2〗生于中前期,声发射源主要是裂隙的压密、摩擦与滑移,其强弱与试件的原生裂隙、孔隙的发育程度密切相关;施加轴压阶段,煤岩声发射时空演化过程与应力应变曲线具有良好的对应关系,在产生初始损伤、屈服及破坏时,AE特征均会产生明显的突变。AE时序参数、能量释放与定位信息的综合分析表明,煤岩破坏前兆点的应力强度百分比为92%~98%,均处于屈服点后的不稳定裂纹扩展阶段。同时,实验揭示了煤岩破裂过程中声发射的围压效应,并发现AE时空定位演化较好地对应了破裂事件从单一到复杂、从无序到有序的演化过程。     

煤样变形破坏过程中全应变场分布规律

为了研究煤样变形破坏过程中全应变场的分布规律,利用TYJ-500KN微机控制电液伺服剪切流变试验系统和XTDIC三维光学数字散斑系统对煤岩样进行单轴压缩试验。根据数字散斑的计算结果对煤样全程的加载过程的位移演化进行研究。得到结论,在煤样剪切破坏时,数字散斑图像中位移集中带出现较早,且位移集中区域辨别明显。通过对煤加载破坏全过程监测,数字散斑系统可以准确预测破坏形式和试样的破坏位置。因此,对于煤样的破坏,数字散斑监测数据分析判别为较准确预测试样破坏位置起到重要作用,对探究煤样破坏位置及变化集中带分布规律也具有重要意义。     

潮湿煤体压缩破裂过程中红外辐射演化特征研究

为探寻水分对煤体破裂过程表面温度分布的影响,对不同含水率试样进行加载破裂试验,研究其表面红外辐射温度的演化特征,并以平均红外辐射温度AIRT、温度极差R、分形维数D、红外热像特征进行分析研究.结果 表明:干燥、潮湿试样表面平均红外辐射温度总体上均表现为随载荷增加呈下降趋势,但在临近破裂时出现了明显异常:干燥试样表现为升...     

采动煤岩体瓦斯渗透率分布规律与演化过程

基于潘一矿煤田地质背景,以保护层开采为代表,开展相似模拟试验,通过Matlab软件实时捕获标记点位置并通过像素点演算其坐标,得到采场体积应变分布,可有效地反映采场膨胀-压缩变形分布。同时进一步开展全应力应变渗透试验,建立体积应变与渗透率的耦合关系方程,绘制采场的渗透率分布。研究发现随着工作面向前推进,体积膨胀变形与渗透率演化分布是一致的,上保护层渗透特性演化滞后于保护层,并且随着垮落区的形成与再压密,渗透率也逐渐减小,形成类蝌蚪状分布。     

双重卸压效应下煤体力学行为响应及对渗透率的影响规律

受重复采动影响, 煤层邻近岩层中赋存的瓦斯解吸涌出, 成为工作面瓦斯主要来源之一。为研究重复采动影响下含瓦斯岩层中瓦斯运移规律, 以沙曲一矿5^#煤及其邻近煤岩层为工程背景, 在测定煤岩体瓦斯基础参数的基础上, 通过数值模拟研究了重复采动影响下煤岩体卸压增透范围, 得到了含瓦斯岩层渗透率的空间分布情况, 进而对含瓦斯岩层瓦斯运移规律进行模拟。研究结果表明: 邻近岩层中, L5灰岩层瓦斯赋存量最高, 含量约为5^#煤层的14.3%;重复采动导致煤岩体卸压程度增大, L5灰岩层卸压区分布在永久煤柱的边缘区;L5灰岩层卸压区内渗透率最高可达4.8×10^-15 m², 为初始渗透率的7.7倍, 高渗区域与卸压区域分布一致;L5灰岩层内赋存的瓦斯解吸并上涌至工作面, 致使上隅角瓦斯浓度由6.1%升高至7.1%;受巷道通风影响, L5灰岩层瓦斯主要聚积在岩层后方与回风巷侧, 是瓦斯抽采时应关注的重点区域。

     

可降解钻井液对煤岩渗透率的影响评价

在煤矿瓦斯（煤层气）抽采过程中,要求钻井液既能有效地保持孔壁稳定,又尽可能降低对煤层的伤害。笔者分别以原状煤样（模拟较致密的煤岩）和人工煤样（模拟较松散或大裂隙煤岩）为实验对象,通过比较不同阶段（污染前、污染后、生物酶解堵和酸化解堵）煤岩渗透率的变化,评价了可降解钻井液对煤岩的暂堵与解堵效果,并探讨了其现场实施工艺。通过实验发现：可降解钻井液能满足钻进煤层时的护孔要求;采用“生物酶＋稀盐酸”浸泡解堵工艺可清除聚合物和碳酸盐岩类矿物带来的伤害,而单独使用其中一种工艺均会降低解堵效果;稀盐酸解堵的效果取决于煤岩和可降解钻井液中碳酸盐岩类矿物的含量;对煤岩进行加热处理可以提高其气测渗透率;可降解钻井液的现场实施工艺方便,应择机在煤层气钻井领域进行现场试验。     

煤岩渗透特性实验研究

中低阶煤层气资源丰富,占全国煤层气预测资源量的26%。煤储层中含有诸多微裂隙,在储层的应力状态发生变化时,储层内部结构发生改变,储层的物性参数随之改变,煤层表现出明显的应力敏感性。为了研究煤岩渗透特性,选取山西晋城裂缝发育良好的煤岩,采用岩石力学三轴实验系统,通过施加不同驱动压力、不同有效应力,探究了不同驱动压力、不同有效应力下储层渗透率变化规律。结果表明,驱动压力不变的条件下,随着有效应力的增加,煤岩岩芯的渗透率降低,当有效应力由0.5 MPa增大到2.0 MPa时,渗透率降低60%以上;在有效应力不变的条件下,随着驱动压力的增加,煤岩岩芯的渗透率呈指数形式降低。     

考虑含水率影响的煤岩变形及渗透率模型

煤矿开采深度不断增加,煤层瓦斯含量升高导致动力灾害逐渐增多,给煤矿安全开采带来严峻考验。对于瓦斯在煤层中流动的研究一直以来都备受关注,其中渗透率正是影响煤层中瓦斯流动的关键参数之一。因此,为准确模拟开采环境变化导致的煤岩变形及渗透特性变化,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同含水条件下孔隙压力升高过程中煤岩渗透特性的试验研究,建立考虑含水率的吸附方程和吸附-渗透率模型,探讨含水率和孔隙压力共同作用对煤岩变形及渗透特性的影响。研究结果表明:①孔隙压力升高过程中,径向应变及轴向应变随孔隙压力的升高均呈降低趋势,瓦斯流量的变化呈上升趋势,煤基质由于吸附瓦斯产生膨胀变形,体积应变逐渐减小。②当含水率恒定时,随着孔隙压力的升高,瓦斯吸附量随孔隙压力增大先增大而后趋于平缓,产生的吸附变形的变化趋势与其相同;当孔隙压力恒定时,煤岩的吸附量和吸附变形均随着含水率的增大而减小。③在恒定含水率条件下,煤岩渗透率曲线随孔隙压力的升高先减小后趋于平缓;而在相同的孔隙压力条件下,随含水率的增加,煤岩渗透率整体逐渐减小,而且含水率越大孔隙压力对渗透率的影响越弱,水分子对渗透率的影响越强。④构建了考虑含水率的吸附量计算方程,并在此基础上进一步构建考虑含水率煤岩吸附-渗透率模型,其中所计算的渗透率值与试验所测结果基本一致,反映了煤岩渗透率变化规律。     

不同损伤状态下煤岩渗透特性的试验研究

对不同围压状态下不同损伤程度煤岩的渗透特性进行了试验研究,研究结果表明:煤岩渗透性与损伤程度关系密切,其渗透性演化规律与损伤演化规律一致;围压对煤岩的渗透率影响较大,损伤程度相同时,围压越大煤岩渗透率越小。     

采动煤体渗透率示踪监测及演化规律

以潞安矿区五阳煤矿7601工作面为观测现场,利用自主研发的采动煤体渗透率实时监测系统现场实测了采动条件下煤体渗透率的变化情况.通过对监测结果的分析,认为在采动过程中煤体渗透率的变化主要经历了缓慢增加-突然下降-突然增加3个阶段,产生这一现象的原因是：在采动条件下,煤体分别经历了弹性变形-塑性变形-卸载膨胀3个过程,在不同阶段煤体的属性发生了很大变化,使其渗透率随之发生改变.