高壓瓦斯吸附與快速卸氣壓對煤巖的劣化作用試驗與分析.pdf

1、針對煤與瓦斯突出孕育、啟動兩個階段中瓦斯對煤巖力學(xué)狀態(tài)的影響，在前人的研究基礎(chǔ)上，將吸附態(tài)瓦斯和游離態(tài)瓦斯對煤巖的影響分離研究。
　　高壓吸附瓦斯對煤巖力學(xué)性質(zhì)的劣化作用研究采用了物理試驗和理論分析相結(jié)合的方法。物理試驗儀器采用自主研發(fā)的可視化恒容氣固耦合試驗系統(tǒng)，試驗采用與原煤力學(xué)性質(zhì)相似度較高且物理力學(xué)參數(shù)受控可調(diào)的型煤標準試件，用CO2代替瓦斯氣體。理論分析從拉伸破壞條件、剪切破壞條件和變形性質(zhì)三個方面總結(jié)了劣化原因，得到了

2、吸附態(tài)瓦斯對煤巖力學(xué)性質(zhì)劣化的理論公式。在此基礎(chǔ)上，為了更加精準的描述分析高壓瓦斯吸附對煤巖的劣化現(xiàn)象，創(chuàng)新性地，從顆粒離散元的角度分析了高壓瓦斯吸附對煤巖的劣化作用，并通過劣化試驗與PFC2D數(shù)值模擬驗證了顆粒離散元分析方法的的適用性。游離瓦斯對煤巖裂隙的擴容作用研究采用物理試驗的方法。物理試驗儀器在劣化試驗的基礎(chǔ)上改造而成，實現(xiàn)了氣體高速釋放。試驗對象仍是型煤與CO2。
　　主要得到以下結(jié)論:(1)型煤力學(xué)性質(zhì)的劣化率隨氣體壓

3、力的增大變化呈包含冪函數(shù)項的復(fù)合函數(shù)關(guān)系，單軸抗壓強度最大約降低44％，彈性模量最大約降低42％;(2)相同氣體壓力下，吸附性越大的氣體在相同的吸附平衡壓力環(huán)境下對型煤的劣化作用越大。(3)為了降低煤巖顆粒表面自由能，瓦斯吸附于煤巖顆粒表面，將導(dǎo)致煤巖顆粒接觸的粘結(jié)抗拉強度、粘結(jié)粘聚力與粘結(jié)有效模量降低，氣體吸附平衡壓力越大，粘結(jié)抗拉強度、粘結(jié)粘聚力與粘結(jié)有效模量越小，粘結(jié)越容易發(fā)生破壞，從而降低了煤巖宏觀強度與彈性模量。(4)力學(xué)狀態(tài)