有效应力对煤层气解吸渗流影响试验研究

以阜新高瓦斯矿井孙家湾矿为例，将煤样放入自制的三轴瓦斯解吸渗透仪中，通过先加载后卸载、连续进行煤层气解吸渗流试验，模拟煤层气在复杂地应力条件下的赋存和运移开采过程，得到有效应力与煤层气解吸和渗流特性间的关系，并拟合了其关系表达式，揭示一些新的相互作用规律：（1）解吸量、解吸时间与有效应力变化规律均呈负指数递减关系，与受载方式无关；（2）有效应力存在一分界点，当小于此值时，解吸量和解吸时间随有效应力增加而迅速提高，而当有效应力大于此值时，两者随之增加幅度不大，对于孙家湾2^#煤样分界点所对应有效应力为3．0MPa左右；（3）存在一临界有效应力值（类似于临界解吸压力），有效应力大于此临界值则解吸量极少或几乎没有，解吸时间趋于0，而孙家2^#岁煤样临界有效应力值为10．0MPa左右；（4）在加载过程中，有效应力与渗透率、渗透系数关系曲线呈正指数减小，这表明煤体在较小的有效应力范围内、孔隙压力不断增加的加载过程中，吸附作用是影响渗透率和渗透系数的主控因素；（5）卸载过程中，有效应力与渗透率和渗透系数呈抛物线关系，这从试验角度证明了煤层气开采中三阶段主导作用的存在，即有效应力主导作用阶段、基质收缩效应主导作用阶段和滑脱效应主导作用阶段。     

数字散斑相关方法测定岩石I型应力强度因子

提出一种通过数字散斑相关方法测定岩石I型裂纹尖端位置和应力强度因子的试验方法。采用数字散斑相关方法观测三点弯曲加载条件下,含I型预制裂纹的花岗岩半圆盘试件裂尖区域的位移场,采用牛顿–辛普森方法求解含未知参量的非线性位移场方程组,计算裂尖位置和应力强度因子。研究结果表明,采用该方法可以准确测定岩石I型应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度,揭示岩石断裂及裂纹扩展的演化特征。该方法解决以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置,而无法计算岩石断裂参数的难题。     

型煤的甲烷吸附以及NMR实验研究

原煤吸附甲烷其吸附量不高,而且孔隙不均匀,但是型煤不但吸附量大大增加,而且孔隙均匀,孔隙度也可以随意控制(一定范围内)。利用三轴渗透仪等装置对型煤的吸附解吸进行了实验,通过改变轴压、围压、孔隙压观测其对甲烷吸附量的影响。然后利用RecCore系列全直径核磁共振仪进行回波串及其T_2谱的测量研究。     

三维应力作用下煤层气吸附解吸特性实验

以辽宁阜新孙家湾煤矿这一典型高瓦斯矿井为例，将煤层气集聚、赋存和运移视为地应力场、温度场、化学场综合作用的连续物理力学过程，通过考虑三维应力作用，在连续先加载（模拟漫长地质作用）后卸载（模拟井巷开采）过程中，改变轴压、围压和孔隙压力不同组合，模拟煤层气聚集、赋存和运移的应力状态，连续进行了煤层气吸附解吸实验研究。得到了以下认识：即加载过程中解吸量、解吸时间均与孔隙压力呈抛物线关系变化，拟合效果良好；卸载过程中随轴压减小，解吸量增加，解吸时间减少；同样荷载条件下，加载时解吸量大于卸载时解吸量，而加载时解吸时间却小于卸载时解吸时间；只有在加载时改变孔隙压力变化的情况下，才具有解吸量越大解吸时间越长的规律，其余则表现为解吸量越大、解吸时间越短的规律。