不同形式载荷煤体渗透率及其损伤试验研究

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型煤渗透特性试验研究

ｔｎｅａｄｐｅｓｅａｃｎｒｓｕｒ．
Ｋｅｏｄｓ：ｒｔｃｉｇｓｒｔｍ；ｓｍｉｒｍａｅｉｌｄｌｃａｎｏｋｄｆｒｔｏｙｗｒｐｏｅｔｎｔａｕｉｌｔｒａａｍｏｅｏｌａｄｒｃｅｏｍａｉｎ；ｃａｒｑｅｔｅｅｒｂｌｙ；ｃａｎＩｏｌｂｉｕｔｅｐｎｔａｉｔｉｏｌａｄ
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ＡｂｔａｔＴｈｏｌｂｉｕｔｅｐｎｔａｉｔｓｉｐｒａｔｉｅｅｒｈｎｈｕｅｏｒｔｃｅｔａｕｐｎ — ｓｒｃ：ｅｃａｒｑｅｔｅｅｒｂｌｙｉｍｏｔｎｎｒｓａｃｉｇｔｅｒｌｆｐｏｅｔｄｓｒｔｍｅｅｉｔａｉｔｈｎｅｕｉｇｔｅｐｒｄｏｒｔｃｉｇｓｒｔｍｎｎ．Ｔｈｅｓｒｍｅｔｓｓｅａｏｔｔｅｒｂｌｙｃａｇｓｄｒｎｈｅｉｆｐｏｅｔｔａｕｍｉｉｇｉｏｎｅｍａｕｅｎｙｔｍｂｕｈｃａｒｑｅｔｅｅｒｂｌｙｃｅｆｉｎａｅｎｄｓｇｅ．Ｔｈｘｏｅｔｌｆｎｔｏｕｅｆｃａｒ— ｏｌｂｉｕｔｅｐｎｔａｉｔｏｆｉｅｔｈｓｂｅｅｉｎｄｉｃｅｅｐｎｎｉｕｃｉｎｒｌｓｏｏｌｂｉａｑｅｔｅｅｒｂｌｔｏｆｉｉｎｒｏｎｎｔｅｃａｒｑｅｔｏｄｎｎｎｏｄｎ．Ｔｈｕｅｆｃａｕｔｅｐｎｔａｉｙｃｅｆｅｔｗｅｅｆｕｄｏｈｏｌｉｕｔｅｌａｉｇａｄｕｌａｉｇｉｃｂｅｒｌｓｏｏｌｂｉｕｔｅｐｎｔａｉｔｈｎｅａｄｇｓｆｏｎｔｔｒｄｃｄｕｄｒｕｉｒｌａｎｉｅｅｔｄｓｒｑｅｔｅｅｒｂｌｙｃａｇｎａｌｗｉｇｓａｅｗｅｅｅｕｅｎｅｎｆｍｏｄａｄｄｆｒｎｉ — ｉｏｆ

三轴应力作用下煤渗透率变化规律实验

图，详见图 2 一图 50 表1
轴压
MPa
2 .0 3.0
2) 实验中要求煤样试件对甲烷气的吸附作用必须达到饱和状态，此时可分别测定轴向、横向应变值，瓦斯渗流量等;测试完毕后才开始增加下一级的气体孔隙压力。 3) 待围压和煤层气孔隙压力均达到所要求的数值后，才开始由压力试验机施加下一级轴压。在实验全过程中，为了保持静力加载状态，加载速率保持在
2 . 3 18 0 . 9 2 7 0 . 8 15 0 . 7 6 2 0 . 7 0 2 2 . 08 6 0 . 869 0 . 6 85 0 . 6 34 0 . 562
4.0
6 .0
a o l Z l 4 1
0
2 .0
0
3 .0
0
3 .0
0 4 .0
( ’ :No. 7 一7 煤样 )
图1 实验装置原理示意图
文献标识码 :A
1. 1 均质煤样制备
根据作者应用研究目的，实验煤样取自重庆市松
藻矿务局打通二矿的6 号、号、号煤层及其夹层「 7 8 710
本实验采用成型模拟试样。在成型煤样加工中，先将所取煤样用粉碎机粉碎，并筛选其中介于 40 一80 目 ( 粒径 0 . 1- 0 . 2 mm) 之间的煤粉，然后将煤粉在 100 MPa 压力下压缩成型，成型煤样试件规格为其
了寻求地应力场与煤层瓦斯渗流场的固气藕合数值模拟，赵阳升提出在三轴应力作用下原煤样瓦斯渗透率
与地应力和孔隙瓦斯压力之间的经验关系式囚。为
了寻求在地应力场作用下多煤层系统瓦斯越流场的固气藕合数值模拟，应用拟连续介质理论，有必要探讨在三轴应力作用下均质煤样瓦斯渗透率与地应力和孔隙

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展煤岩是一种由煤和固体岩石组成的复合岩体，其物理性质和力学特性受到煤和岩石之间的多场耦合作用影响。

多场耦合作用指的是煤岩在外部载荷、温度、湿度、气体渗流等多个环境条件的共同作用下，煤和岩石之间的相互作用与联合作用。

煤岩的多场耦合作用对其损伤破坏特性产生重要影响，对于理解煤岩的力学行为、安全开采煤矿等具有重要的理论和实际意义。

一、煤岩的多场耦合效应。

多场耦合效应是煤岩损伤破坏特性研究的基础和关键。

研究发现，外部载荷、温度变化、湿度、气体渗流等因素会引起煤岩内部应力、潜在裂隙、含水率等的变化，从而影响煤岩的物理性质和力学特性，进而导致煤岩的损伤破坏行为发生变化。

二、煤岩的物理性质与力学特性。

煤岩的物理性质和力学特性受到多种因素的耦合作用影响，如温度升高会导致煤岩的热膨胀和软化，湿度变化会引起煤岩的吸湿膨胀和脱水收缩等。

煤岩受到外部载荷作用时，其破坏行为也会发生变化，如破坏模式从拉伸破坏转变为剪切破坏等。

三、煤岩的损伤破坏特性。

多场耦合作用下，煤岩的损伤破坏特性表现为裂缝扩展、岩体破碎、煤与岩石分离等现象。

研究发现，煤岩的损伤破坏过程是一个复杂的微观-宏观耦合过程，包括裂纹形核、裂纹扩展、岩石破碎等多个阶段，不同的多场耦合作用会影响这些阶段的演化规律。

四、耦合作用下的煤岩破坏机理。

多场耦合作用引起煤岩损伤破坏的机理涉及多个领域，如热力学、力学、化学等。

研究发现，温度、湿度等因素改变了煤岩内部的孔隙结构和孔隙度，从而改变了煤岩的破坏机制；外部载荷作用下的煤岩破坏主要包括岩层滑动、裂隙扩展等。

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性的研究是一个复杂而重要的课题。

目前，国内外学者在该领域的研究取得了一些进展，但仍存在许多问题需要进一步深入研究。

随着煤炭资源的日益紧缺和煤矿开采的不断深入，对于多场耦合作用下煤岩的损伤破坏特性的研究将具有更加重要的意义。

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展1. 引言1.1 背景介绍煤岩是地质工程中常见的岩石类型之一，其具有孔隙多、脆性高等特点，在地表工程中承载了重要的工程任务。

受多种外界因素的影响，煤岩易受损伤和破坏。

多场耦合作用是指煤岩在多种力学、热学、水力等环境因素的共同作用下发生的相互影响和耦合效应。

在地下煤矿开采和地表工程中，多种力学作用如地表荷载、地下水压力、地震振动等因素会同时作用于煤岩体，导致煤岩体发生变形、破裂等损伤行为。

研究多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性对于合理评估煤岩的力学性质、保障工程安全具有重要意义。

了解多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性的影响因素、研究方法、破坏模式以及实验研究成果，对于指导工程实践、提高工程安全性具有重要的理论和实际意义。

本文将从上述几个方面展开讨论，以期为相关研究和工程实践提供参考和指导。

1.2 研究意义煤岩是我国重要的能源资源之一，其损伤破坏特性对煤层气开发和矿山安全具有重要影响。

而煤岩在地下工程中往往受到多场耦合作用的影响，如地质应力、水力、温度等多种因素同时作用于煤岩体，导致煤岩的损伤和破坏。

研究多场耦合作用下煤岩的损伤破坏特性，对于提高煤层气开发效率、保障矿山安全具有十分重要的意义。

2. 正文2.1 多场耦合作用下煤岩损伤的含义多场耦合作用下煤岩损伤的含义是指在复杂的地下工程环境中，煤岩受到多种力学、热学、地质等不同场耦合作用的影响而发生破坏和损伤的过程。

这些多种场耦合包括地表荷载、地下水压力、温度变化、地震等因素，它们交织在一起导致煤岩体内部发生变形、开裂和破坏。

研究多场耦合作用下煤岩损伤的含义不仅有助于深入了解煤岩的力学性质和破坏机理，也为预防和控制地下工程中煤岩灾害提供重要参考。

通过深入研究多场耦合作用下煤岩的损伤特性，可以有效地提高地下工程的安全性和稳定性，为实际工程提供可靠的理论基础。

2.2 多场耦合作用下煤岩破坏特性的影响因素物理因素是指影响煤岩破坏特性的一些物理性质，比如煤岩的孔隙结构、孔隙度、裂隙分布、岩石矿物组成、压力状态等。

煤样渗透性及渗流稳定性的实验研究

煤样渗透性及渗流稳定性的实验研究煤样的渗透试验是获取煤层渗透特性对的重要手段。

本文利用瞬态法对矿区的几块煤样进行渗透性测试，旨在对煤层的渗流稳定性进行进一步研究和探讨，并对煤样的加速度系数和渗流稳定性指数进行研究，一边为矿区的进一步发展和开发提供更好的理论依据。

标签：煤样；渗透性；稳定性研究指出，煤样的渗透特性与煤层的渗透特性之间有着很大的区别，且由于煤的承载力较差渗透试验难以顺利开展，这对矿区的开发利用有着很大的限制作用。

有报道指出，煤块的变形能够在很大程度上对煤块的空间缝隙造成改变，这就进一步导致了煤块的渗透性随之改变。

在煤样的应力变化过程中，由于煤内部不断产生的裂隙及其进一步变化和发展，其渗透性会时刻随之而发生变化。

然而在实际生产实践中的渗透性实验过程中，受到检测设备压力因素的影响，煤块之间的缝隙有不同程度的聚合现象，这就导致试验的结果不准确。

虽然近年来随着科学技术的不断发展和进步，实验室在检测煤样的渗透性方面已经形成了一套非常完善的技术，但在后续数据的处理过程中工作人员往往忽视了Darcy流引发的渗透失去稳定性。

煤的渗透性指的就是煤作为多空介质的一种固有属性，这种特性与试验用的设备和相关材质并无关联。

在实验过程中，试验的开展往往受到渗透率离散现象的影响，因而其得到的数据往往不同，难以达到一个统一的标准。

对此，我们就渗流的稳定性指数来对渗流稳定性进行研究。

1 渗流稳定性指数的计算与判定据相关研究报道指出，我们假定岩层的厚度为l，那么其渗流失去稳定性必须要满足一下数学统计公式：即χ = 1 +4 βk2ρ0p0/μ2l 0 时，表示渗流是非常稳定的，特别是当χ 大于等于1 时，渗流的速度非常大，甚至近似Darcy 流动；而当χ < 0 时，渗流将会失去稳定性。

故此，我们将χ 定义为渗流稳定性指数。

上述公式也同时表明，渗流稳定性的指数是随着不同的压力梯度（即：p0/l）的变化而不断发生变化的。

基于CT可视化的深部煤体损伤和渗透率演化规律研究

基于CT可视化的深部煤体损伤和渗透率演化规律研究煤岩体的渗流特性与其微细观结构密切相关。

当煤岩体内部孔隙、裂隙的尺度和分布改变时,其内部流体的运移或存储状态也随之改变。

例如,煤层气在微孔中一般呈浓缩的近液体状态,且主要以扩散方式运移,而在大孔及微裂隙中则表现为自由流体状态,主要以达西流形式流动。

在煤层尤其是深部煤层开采过程中,采空区围岩及其前方的煤体的应力应变状态将发生变化。

此时,无论是原生的还是采动诱发的孔隙和裂隙,都会随之发生改变,从而改变了流体(瓦斯和水)在其中的流动状态。

因此,研究深部煤层开采中煤体内部孔隙-裂隙网络及其渗透率的演化规律,对于煤与瓦斯突出、围岩突水防治以及煤层气开采具有重要意义。

在研究煤样孔隙-裂隙网络随应力的演化规律时,以往的研究方法中大多存在两个难点:一是测量精度与样本尺寸之间的矛盾,即较大尺度试样的测量精度较低或者具有较高测量精度的检测样品的尺寸很小;二是实验煤样的离散性带来的研究误差,很难从始至终针对同一煤样研究其孔隙-裂隙网络在不同应力条件下的演化规律。

针对上述研究背景及目前研究存在的问题,本文选取平煤十二矿埋深约1000m的深部煤体作为研究对象,首先针对煤样CT图像提出了一种基于图像灰度分布的孔隙度计算方法,并结合实测孔隙度,对煤体CT图像进行了裂隙-煤基质-煤杂质三值化,实现了煤样结构的三维重建;在此基础上进行了单轴压缩的CT扫描实验并提取了裂隙几何参数,结合自相似分形理论提出了一种裂隙煤体的类谢尔宾斯基(Sierpinski-like)分形模型,同时结合压汞实验,研究了不同测量精度下的孔隙-裂隙网络特征及其随轴向应力的演化规律,分析和评估了渗透率随轴向应力的演化行为;进一步结合声发射和CT扫描技术进行了三轴压缩条件下的循环加卸载渗流实验,描述了实验过程中声发射特征参数变化规律和能量演化特征,以此分析了流-固耦合过程中不同阶段的损伤演化规律,研究了不同轴向偏应力及其对应的静水压力状态下的渗透率演化规律,建立了渗透率与体积应变间的关系模型,并揭示了围压对裂隙形态和渗透率演化的影响机理;进一步,基于CT可视化技术,将CT重构的三维几何模型导入到数值模拟软件中,针对同一煤样进行了单轴压缩及不同围压下的三轴压缩的数值模拟,并分析了损伤演化规律以及煤样最终破坏形态,与实验结果进行了补充和对比验证。

水力耦合作用下煤变形及渗透率响应规律研究

水力耦合作用下煤变形及渗透率响应规律研究目录一、内容描述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状综述 (4)3. 研究内容与方法 (5)二、理论基础 (6)1. 水力学基本原理 (7)2. 煤岩物理力学性质 (9)3. 水力耦合理论 (10)三、水力耦合作用下煤变形规律研究 (11)1. 试验方案设计 (12)2. 煤样制备与测试方法 (13)3. 变形特征分析 (14)4. 变形机理探讨 (16)四、水力耦合作用下煤渗透率响应规律研究 (17)1. 渗透率测试方法与装置 (18)2. 渗透率变化规律分析 (19)3. 渗透率与应力、应变关系研究 (20)4. 渗透率损伤模型建立 (21)五、水力耦合作用下煤变形与渗透率耦合关系研究 (22)1. 耦合机制分析 (24)2. 耦合模型构建 (25)3. 耦合效应定量评价 (26)六、影响因素分析与对策建议 (27)1. 影响因素分析 (29)2. 对策建议 (30)3. 研究展望 (31)七、结论 (32)1. 主要研究成果总结 (33)2. 存在问题与不足 (34)3. 后续研究方向展望 (35)一、内容描述本研究旨在深入探讨水力耦合作用对煤体变形及渗透率响应规律的影响，以期为煤矿安全高效开采提供理论支持和实践指导。

通过构建理论模型、数值模拟和实验室试验相结合的方法，系统研究了不同水力耦合条件下煤体的变形特征、渗透率变化规律以及应力应变关系，揭示了水力耦合作用下煤体损伤演化机制和渗透性变化机理。

在理论研究方面，本文首先介绍了水力耦合作用的基本原理及其在煤体工程中的应用背景，然后基于连续介质力学、流体力学和岩石力学等理论，建立了水力耦合作用下煤体变形及渗透率响应的理论模型，并推导出了相应的数学表达式。

在数值模拟方面，本文采用有限元软件对不同水力耦合条件下的煤体进行了三维建模和数值模拟，分析了水压、应力状态等因素对煤体变形和渗透率的影响。

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展煤岩体受到的外部载荷和环境因素的影响十分复杂，常常存在多种场的耦合作用。

多场耦合作用下的煤岩体不仅承受压力、温度等静态载荷的作用，还受到地震波、渗流等动态载荷的影响，这些作用会对煤岩体内部的损伤破坏特性产生显著影响。

首先是压力和温度的耦合作用。

随着深部煤矿开采深度的不断增加，煤岩体承受的地应力和矿山温度也随之增大。

在这种情况下，煤岩体内部会产生裂隙、变形等损伤，从而导致破坏。

一些研究表明，高应力和高温会显著影响煤岩体的破坏特性，使其呈现出更为脆性的特点。

其次是地震波和渗流的耦合作用。

地震波在地下传播时会对煤岩体产生动态载荷，从而引起煤岩体的震动和动态损伤。

地震波会引起周围水文环境的变化，导致地下水流、地表水流等渗流对煤岩体的影响。

这些作用在多场耦合作用下会对煤岩体的损伤破坏特性产生重要影响。

多场耦合作用下煤岩损伤破坏机理分析多场耦合作用下煤岩损伤破坏的机理是一个复杂的过程，不同场的耦合作用会相互影响，从而导致煤岩体内部的损伤破坏。

目前，学者们从微观和宏观两个层面对多场耦合作用下的煤岩损伤破坏机理进行了深入研究。

从微观层面看，多场耦合作用会引起煤岩体内部微结构的变化，从而影响其力学性质。

在高应力和高温条件下，煤岩体内部的微裂隙会逐渐扩展，增加其脆性；而地震波和渗流等动态载荷会对煤岩体的微观结构产生振动和变形，导致微裂隙扩展，从而加剧了煤岩体的损伤破坏。

从宏观层面看，多场耦合作用下的煤岩损伤破坏机理也表现为煤岩体整体力学性质的变化。

煤岩体在不同的场耦合作用下，会表现出不同的强度、变形特征等力学性质。

这些力学性质的变化反映了煤岩损伤破坏的机理，为煤岩损伤破坏特性的研究提供了重要的参考。

煤岩损伤破坏特性研究的发展趋势在多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性的研究中，还存在许多问题有待解决。

未来的研究将呈现以下几个发展趋势。

开展多场耦合作用下煤岩损伤破坏的实验研究。

实验研究是研究多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性的重要手段，可以为理论研究提供实验数据，并验证理论模型的准确性。

《不同加压注水条件影响煤样渗透特性实验研究》范文

《不同加压注水条件影响煤样渗透特性实验研究》篇一一、引言随着能源需求的不断增长，煤炭作为一种主要能源的重要性愈发突出。

然而，煤的渗透性直接影响着采煤过程的安全和效率。

加压注水作为改善煤样渗透性的方法之一，其实验研究对于指导采煤实践具有重要意义。

本文将针对不同加压注水条件对煤样渗透特性的影响进行实验研究，为实际生产提供理论依据。

二、实验材料与方法1. 实验材料实验选用具有代表性的不同矿区煤样，保证其具有一定的普遍性和适用性。

同时，实验所使用的设备包括加压注水系统、压力测量装置以及煤样制备工具等。

2. 实验方法（1）煤样制备：对选取的煤样进行破碎、筛分、烘干等处理，确保煤样具有相同的粒度分布和干燥程度。

（2）加压注水：在不同加压注水条件下（如注水压力、注水量、注水时间等），对煤样进行加压注水处理。

（3）渗透性测试：对注水后的煤样进行渗透性测试，记录不同压力下的渗透系数。

（4）数据分析：对实验数据进行整理、分析，探讨不同加压注水条件对煤样渗透特性的影响。

三、实验结果与分析1. 不同加压注水条件下的煤样渗透特性实验结果表明，在不同加压注水条件下，煤样的渗透特性存在显著差异。

随着注水压力的增大，煤样的渗透系数逐渐增大，但当压力达到一定值后，渗透系数的增长速度逐渐减缓。

此外，注水量和注水时间也对煤样的渗透特性产生影响，适量的注水量和较长的注水时间有助于提高煤样的渗透性。

2. 不同矿区煤样的比较分析本实验选用的不同矿区煤样在相同加压注水条件下的渗透特性也具有差异性。

这主要是由于不同矿区煤样的成分、结构等性质存在差异，导致其对外界环境（如加压注水）的响应有所不同。

因此，在实际应用中，应根据具体的煤样性质制定合适的加压注水方案。

3. 加压注水对煤样结构的影响加压注水过程中，水分进入煤样内部，与煤样中的成分发生相互作用，改变了煤样的内部结构。

这有助于提高煤样的渗透性，使水分更容易在煤样中传播。

此外，加压注水还可以在一定程度上增加煤样的密度和硬度，从而提高其稳定性和耐久性。

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展煤岩是一种多孔介质，由煤和岩石组成。

在采矿工程中，煤岩常常受到多种耦合作用的影响，如地下水压力、地应力和煤岩自身的力学性质等。

这些耦合作用会导致煤岩的损伤和破坏，对矿井的安全性产生重要影响。

煤岩的损伤破坏特性研究是矿山工程中的重要课题。

本文将对多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性的研究进展进行综述。

多场耦合作用下的煤岩损伤破坏过程可以分为三个阶段：压实阶段、损伤扩展阶段和破坏扩展阶段。

在压实阶段，煤岩受到外界载荷的作用，发生弹性变形。

在这个阶段，煤岩内部的孔隙会逐渐闭合，导致煤岩的体积减小。

在损伤扩展阶段，继续加载会导致煤岩内部的微裂纹扩展，破坏局部结构。

在这个阶段，煤岩的损伤累积会逐渐增加，煤岩的强度和刚度会逐渐下降。

最终，当加载达到煤岩的破坏强度时，煤岩就发生破坏扩展，导致煤岩的破坏。

地下水压力是影响煤岩损伤破坏的重要因素之一。

地下水会填充煤岩的孔隙空间，增加煤岩的孔隙水压。

当地下水压力超过煤岩的抗压强度时，煤岩会发生损伤和破坏。

地下水压力还会导致煤岩的饱和度变化，影响煤岩的力学性质。

煤岩自身的力学性质也对煤岩的损伤破坏产生重要影响。

煤的力学性质与煤的含水率、岩层厚度、煤的脆性等因素有关。

岩石的力学性质与岩石的含水率、岩石的孔隙度、岩石的饱和度等因素有关。

在多场耦合作用下，煤岩的力学性质会发生变化，影响煤岩的损伤和破坏特性。

近年来，研究人员对多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性进行了深入研究。

研究内容包括煤岩的力学性质测试、损伤演化规律研究和力学模型建立等。

煤岩的力学性质测试包括压缩试验、拉伸试验、剪切试验等，通过这些试验可以测定煤岩的强度、刚度和变形特性等。

损伤演化规律研究可以通过实验观察和理论分析，探讨煤岩内部损伤的演化过程和规律。

力学模型建立可以通过数值模拟方法，模拟多场耦合作用下煤岩的损伤和破坏过程。

三向应力条件下煤体渗透率演化模型研究

三向应力条件下煤体渗透率演化模型研究荣腾龙;周宏伟;王路军;任伟光;姬森浩【摘要】为了掌握三向应力条件下煤体渗透率的变化规律,基于捆绑的火柴棍模型,采用弹性理论分析了煤体基质和裂隙变形对渗透率的影响,建立了两种三向应力条件下煤体渗透率的动态演化模型——指数型和立方型,两种模型均突破以往较多模型采用的单轴应变假设,考虑了三向受力条件下煤体的横向应变不为0以及轴向荷载增加的情况.在分别改变轴压围压组合值、气体压力条件下,将理论模型与室内试验结果进行对比分析,结果表明:煤体渗透率随着载荷水平的升高而减小、随着气体压力的升高而增大;两种条件下指数型渗透率模型对煤体渗透率演化过程的定量描述均优于立方型.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2018(043)007【总页数】8页(P1930-1937)【关键词】煤体;渗透率模型;三向应力;裂隙变形;指数型;立方型【作者】荣腾龙;周宏伟;王路军;任伟光;姬森浩【作者单位】中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD712煤层开采过程中，受采空区形成和应力强扰动的影响，工作面前方煤体在3个方向的应力和应变都在产生变化[1-2]。

垂直方向的支承压力升高而水平方向持续出现卸压膨胀过程，煤体经历采动应力路径。

与此同时，开采扰动引起煤体内部孔裂隙结构的扩展和贯通，打破煤体内瓦斯原有的吸附平衡状态，造成煤体内瓦斯解吸、增透、运移[3-4]。

三向应力条件控制下煤体渗透率的变化是影响瓦斯解吸渗透过程的关键因素。

因此，针对三向应力条件下煤体渗透率演化过程的研究具有非常重要的意义。

采动应力下煤体渗透率模型构建及研究进展

采动应力下煤体渗透率模型构建及研究进展周宏伟;荣腾龙;牟瑞勇;王路军;任伟光【摘要】首先对煤体渗透率的经典模型进行了简介,其次结合采动过程中煤体内的力学变化机制及渗透率的控制因素提出了采动应力下煤体渗透率模型构建过程中的关键问题,并就每个关键问题的研究进展进行了总结和分析.关键问题包括以下3个方面:采动煤体各向异性特征、采动煤体损伤破裂特征和煤体吸附解吸特征的表征方法.其中,各向异性特征的煤体渗透率模型可划分为有效应力变化和几何参数变化进行表征的两类,有效应力变化角度的建模结果基本为指数型函数、几何参数变化角度的建模结果多为3次方的幂函数;损伤破裂特征的煤体渗透率模型被归纳为本构方程中含损伤变量和渗透率表达式中含损伤变量的2类,本构方程中含损伤变量的模型具有更广的适用范围,渗透率表达式中含损伤变量的模型能够更加直观的表示渗透率和影响因素之间的数量关系;在煤体吸附解吸特征的表征方法中对基于吸附热力学而建立的煤体吸附应变表达式进行了总结,同时指出在煤体渗透率模型构建中Langmuir方程形式的吸附应变表达式应用最为广泛.然后,对采动应力下煤体渗透率模型的研究进展进行了介绍,将采动应力下煤体渗透率模型归纳为有效应力型、几何参数型和系数拟合型的3类,依次对3类模型中代表性成果的表达式及应用情况进行了概述.最后,从每个关键问题的角度对后续构建采动应力下煤体渗透率模型的研究进行了展望.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2019(044)001【总页数】15页(P221-235)【关键词】渗透率模型;采动应力;各向异性;损伤破裂;吸附解吸【作者】周宏伟;荣腾龙;牟瑞勇;王路军;任伟光【作者单位】中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京100083;中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD712;TQ531煤炭是我国的基础能源，也是重要的工业原料，到2030年，煤炭科学开采预测产能总量达30～35亿t[1]。

压裂液对煤层渗透率伤害的研究

压裂液对煤层渗透率伤害的研究摘要:煤层气，近年已成为一种重要的新兴能源，在生产生活中占越来越重要的地位。

提高煤层气得产量对于煤层气得开发与利用至为重要，提高煤层气产量的一个重要方法就是在其存储面用压裂液进行压裂，而在煤层气井压裂过程中,由于煤储层具有割理发育、比表面积大等特性,使得压裂液对煤储层的渗透率造成严重伤害，反而会降低煤层气得开采量。

通过压裂液对煤基质渗透率伤害的试验研究,将压裂液对不同煤阶煤渗透率的伤害及不同压裂液对煤阶煤渗透率的伤害进行分析，有助于提高煤层气的开采量。

关键词:煤层气;压裂液;渗透率煤层气,又称煤层甲烷,俗称煤层瓦斯,指自生自储于煤层中的气体,成分以甲烷为主,含少量其它气体成分。

在长期的地下采煤过程中,这种气体一直被视为有害气体。

70 年代末,由于能源危机,美国政府采取税制优惠政策,鼓励煤层气的开发工作,从而推动了煤层气的研究和开发试验工作,并于80 年代初取得重大突破,成为第一个进行大规模商业性生产的国家,证实了煤层气资源的巨大价值与潜力,从而引起煤层气研究的全球性热潮。

据估计,全世界煤层气的资源量可达(8419～25419) ×1012 m3。

根据美国的报告,煤层气的采收率为30 %～60 % ,最高可达80 %①。

煤层气的发热量也很高,达8 000～9 000kcal/ m3 ,相当于常规天然气的90 %以上。

煤层气属洁净能源,甲烷含量一般在80 %～90 %以上,燃烧时仅产生少量CO2 。

因此,煤层气是一种潜力巨大的非常规天然气资源。

而且,采煤前排出煤层中的气体,也有利于地下采煤的安全和大气环境的改善。

美国经过10 多年的努力, 在80 年代末首先采用地面打钻开发煤层气取得成功。

1988 年产气6 亿m 3, 1992 年全美煤层气产量达140 亿m 3 (接近当时我国天然气产量) , 1995 年达215 亿m 3. 当今, 美、澳、加、俄、法、印度等国利用先进的地面开采技术已把煤层气作为新的能源来开发, 形成一个崭新的涉及地质、钻井、压裂、试井、采气、集输气和利用等多种学科的技术密集型能源工业部门——煤层甲烷工业。

煤层气储层渗透率影响因素及研究意义

图1 煤样渗透率与平均有效应力ห้องสมุดไป่ตู้ 关系
煤化程度对煤样渗透率的影响
由图2可以看出，在同一应力状态下，随着煤化程度的增高，煤的渗透率降低。(Q煤样的挥发分最小，Y煤样的挥发分位子中间，N 煤样的挥发分最大，因随着挥发分的减少，煤化程度逐渐增高，所以，煤样Q的煤化程度最高，Y 煤样次之，N煤样的煤化程度最低)煤样渗透率的这种变化也是由煤的孔豫度决定的。因为在一定范围内(碳含量小于60)，孔隙度随着煤化程度的增加而降低。高变质的煤结构紧密，孔隙度低，因而渗透率低。
渗透率的定义
渗透率是煤岩渗透流体能力大小的度量，它是煤层气甲烷开采中一个最为关键的参数，也是最复杂且难以确定的参数。由于煤具有较软、低弹性模量的力学性质，在钻井或开采中外界条件的改变可对其产生强烈的影响。通常所说的煤层渗透率是指煤层割理渗透率。
煤样的渗透率是根据达西公式计算的，即
式中K——渗流流量(m3/s)， p——测量点的大气压(Pa) P1——进口瓦斯压力(Pa) P2——出口瓦斯压力(Pa) L——试样长度，(m) A ——试样横截面积(m2) ——气体粘性系数(Pa·s)
图3 煤样渗透率与电场的关系
瓦斯解析对煤样渗透率的影响
由图4看出，当增大气体压力时，在低压阶段(气压小于3MPa)，煤样的渗透率减小，这是由于克林伯格效应的结果，同时瓦斯的吸附也使煤样的渗透率减小；当气体压力大于3MPa后，煤样的渗透率随着气压的增大而增大。在降压阶段，煤的渗透率随着气体压力降低而减小，当气体压力小于3MPa以后，随着气压力的降低，煤样的渗透率开始增大。根据同一煤样做的吸附实验结果表明，在气体压力达到3MPa左右时吸附瓦斯达到饱和，也就是说，在上述渗流实验中，当气体压力降至3MPa时，吸附瓦斯开始解吸，瓦斯渗透率的增加是由于瓦斯的解吸造成的，这与文献的结果是相吻合的。

两种煤样渗透率对轴压及围压变化响应特征的试验研究

两种煤样渗透率对轴压及围压变化响应特征的试验研究孙光中;郭兵兵;王公忠;田坤云;张瑞林【摘要】针对两种不同煤样在轴压及围压变化作用下的渗透率演化关系，利用自主研发的含瓦斯煤岩热-流-固耦合三轴渗流试验装置，开展变围压及变轴压条件下煤样渗透率的实验研究。

实验结果表明：①轴压与围压加载使得两种煤样渗透率均减小，轴压及围压变化对于构造煤软煤样渗透率影响特征均符合负指数函数分布规律；轴压变化与硬煤的渗透率变化符合直线变化规律；围压对于硬煤渗透率影响特征符合负指数函数分布特征，均给出了拟合参数；②轴压变化对于软煤样渗透率的影响大于硬煤，围压变化对于两种不同煤样渗透率的影响远远大于轴压。

研究结果为采动条件下渗透率演化提供理论参考依据。

%In view of the relationship permeability with variable axial pressure and confining pressure of two kinds of coal sample coal containing gas, using self-developed triaxial seepage test device for hot-fluid-solid coupling of coal and rock containing gas, carried out experimental study of the relationship between permeability and variable axial pressure and confining pressure. The test results show that:①the permeability reduced under axial pressure and con-fining pressure loading of two different kinds sample, the permeability and axial pressure in line with the negative ex-ponential distribution function about tectonic soft coal samples,the same to the confiningpressure;permeability varia-tion and axial pressure changes in line with straight line of hard coal samples;effect of confining pressure for hard coal permeability characteristics in line with the negative exponential distribution function,fitting parameters are given;②axial compression forsoft coal permeability changes affect more than hard coal and hard coal with the law change, confining pressure change for two different coal permeability of influence far greater than the axial compression. The study results provide theoretical basis for evolution permeability under conditions of mining.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)014【总页数】5页(P132-136)【关键词】轴压;围压;构造煤;硬煤;渗透率【作者】孙光中;郭兵兵;王公忠;田坤云;张瑞林【作者单位】河南工程学院安全工程学院1，郑州451191; 中南大学资源与安全工程学院2，长沙410083; 河南省煤矿安全重点实验室培养基地3，郑州451191;河南工程学院安全工程学院1，郑州451191; 河南省煤矿安全重点实验室培养基地3，郑州451191;河南工程学院安全工程学院1，郑州451191; 河南省煤矿安全重点实验室培养基地3，郑州451191;河南工程学院安全工程学院1，郑州451191; 河南省煤矿安全重点实验室培养基地3，郑州451191;河南工程学院安全工程学院1，郑州451191; 河南省煤矿安全重点实验室培养基地3，郑州451191【正文语种】中文【中图分类】TD712.51矿冶工程煤体中瓦斯的流动受多种因素制约，其中煤岩应力场分布特性对瓦斯渗流规律有着重要的影响。

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展随着煤炭资源的不断开采和利用，煤与岩石之间的相互作用变得越来越重要。

研究表明，在深部煤矿开采过程中，煤与围岩之间的相互作用会导致煤岩体损伤破坏，进而引发许多地质灾害，如煤与瓦斯突出、岩层动压等。

研究多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性，对于安全高效地开展煤矿开采具有重要意义。

本文将对多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究的进展进行综述，以期为相关研究提供参考。

1. 煤岩损伤破坏的基本特性煤岩体是一个具有复杂结构和多孔隙介质的岩石体，其破坏过程受到多种因素的影响。

在开采过程中，受到地质应力、温度、湿度、瓦斯、水文地质等多种场耦合作用的影响，煤岩体会发生不同程度的损伤和破坏。

研究多场耦合作用下煤岩损伤破坏的特性成为当前研究的热点问题。

为了深入了解多场耦合作用下煤岩损伤破坏的特性，许多学者进行了大量的实验研究。

他们通过模拟地下工程条件，进行了岩石试样的强度、变形、渗透性等方面的实验研究，以揭示多场耦合作用对煤岩损伤破坏的影响规律。

这些研究为煤岩损伤破坏特性的定量分析奠定了实验基础。

4. 煤岩损伤破坏机理的理论研究在多场耦合作用下，煤岩体内部的损伤破坏过程涉及多种物理化学机制。

许多学者进行了数学物理模型的建立与理论研究，以揭示多场耦合作用对煤岩损伤破坏的机理。

他们建立了包括裂隙扩展、应力分布、孔隙压缩等在内的理论模型，为煤岩损伤破坏机理的深入研究提供了理论基础。

二、多场耦合作用下煤岩损伤破坏的影响因素1. 地质应力场的影响地质应力场是煤岩体损伤破坏的主要外部因素之一，它直接影响煤岩体内部的应力分布和变形状态。

地质应力场的变化会导致煤岩体内部存在不同形式的应力集中，进而导致煤岩体的损伤和破坏。

2. 温湿度场的影响温湿度场作为地下工程中常见的影响因素，对煤岩体的损伤破坏有着重要的影响。

温湿度场的变化会导致煤岩体内部孔隙水的渗透和膨胀，从而引发煤岩体的内部损伤和破坏。

研究表明，对地质应力场进行有效的监测与控制，可以有效地减缓煤岩体的损伤破坏。

变轴压加载煤体变形破坏及瓦斯渗流试验研究

（1. 山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地，山东青岛 266590；2. 山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛 266590；3. 中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037；4. 重庆大学，煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400044； 5. 重庆大学，复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400044）
176
岩
土
力
学
2016 年
1
引
言
变化规律，进一步了解变速率加荷载条件下煤体的变形破坏和瓦斯渗流规律，本次开展了相同初始围压和相同瓦斯压力条件下不同轴压加载速率对含瓦斯煤岩变形破坏和瓦斯渗流特征影响的研究。
在煤层开采过程中围岩应力重新分布的范围内，作用在煤层、岩层上的垂直压力称为“支承压力”，随着回采工作面推进，处于相对稳定状态的基本顶岩梁传递至煤层上的压力将逐渐增加，支承压力分布是一条高峰在煤壁处的单调下降曲线，当靠近煤壁附近的应力值达到了煤层的强度极限，随着煤体破坏，其支承能力开始降低，这一趋势随回采工作面的推进和岩梁悬跨度增加将逐渐向煤壁前方扩展，煤壁附近的压力高峰将向煤体深部转移[1]。压力的多级、不连续、加载强度不定等特点可能会引发煤体突然破坏形成冲击地压以及煤与瓦斯突出或延期突出等现象，对煤矿的安全生产造成严重的威胁，因此，模拟变轴压加载速率条件下的煤体变形破坏及瓦斯渗流特征，不仅可以更好地分析复杂地应力条件下煤岩的变形破坏规律，并且可以研究煤岩体变形破坏对瓦斯渗流特征影响。国内外学者对加卸载条件下煤岩的变形破坏和瓦斯渗流[25]开展了大量研究，尹光志等[6]对煤岩进行不同卸围压速度进行了含瓦斯煤岩力学和瓦斯渗流特性影响试验研究。谢和平等[7]进行了不同开采条件下采动力学行为研究。赵洪宝等[8]对单轴压缩状态下含瓦斯煤岩的力学特性开展了试验研究。许江等[2]对加卸载条件下煤岩变形特性与渗透特征进行了试验研究，指出煤岩渗透率的变化与煤岩的变形损伤演化过程密切相关。蒋长宝等[34]进行了含瓦斯煤岩卸围压变形特征及瓦斯渗流试验和含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律的试验研究。李树刚等[5]建立了煤样全应力–应变过程中的渗透系数-应变方程。李晓泉等[9]研究了循环载荷下突出煤样的变形和渗透特性，得出渗透率的变化与煤样的损伤变形密切相关。曹树刚等[10]分析了固定瓦斯压力下不同围压和轴向压力对瓦斯渗流特性的影响。陶云奇等[11]进行了含瓦斯煤渗透理论的分析与试验研究。以往的研究大多采用通过控制加卸载轴压和围压的方式研究煤体的变形破坏和瓦斯渗流，是恒轴压、变围压卸载速率的控制方式，没有针对真实采矿条件下煤层所承受的压力具有多级、不连续、加载强度不定特点的研究，在变轴压加载速率控制方式下研究煤体变形破坏和瓦斯渗流的研究也相对较少。为了更真实地模拟煤层在采动时所受压力的

中高阶煤承载过程裂隙演化及渗透性变化机制研究

中高阶煤承载过程裂隙演化及渗透性变化机制研究承载含瓦斯煤力学变形-裂隙演化-渗透性变化特征及机制研究是瓦斯抽采和瓦斯灾害防治的基础工作。

本文以含瓦斯原煤为研究对象,采用实验室试验、理论分析和现场试验方法,分析煤体的微观结构,探讨这些煤样受载后力学变形、裂隙演化及渗透性变化特征,微观结构和应力路径对这些特征的影响,建立煤体裂隙损伤评价模型和有效孔隙度演化评价模型,总结采动条件下瓦斯运移规律。

结论如下:(1)以RMT-301岩石与混凝土力学试验系统为主平台,进行了升级改造,使设备能够实现不同应力路径下煤体应变、声发射和渗流三个试验。

(2)通过压汞、低温液氮和电镜扫描试验手段,对不同煤阶和结构的煤样进行了煤体微观结构特征研究:①微孔和小孔对孔比表面贡献大,大孔和中孔对孔容贡献大;②烟煤总孔容相对大些,而无烟煤的总孔比表面积相对大些;③构造应力对煤体结构具有一定的改造作用,构造变形煤总孔容要比原生结构煤大些,但构造应力对不同煤样各孔段的改造并不相同。

(3)分析了试验煤样三轴应力应变全过程的力学变形-裂隙演化-渗透率变化特征及机制:①无烟煤和烟煤煤样应力峰值前阶段变形和声发射特征比较类似,峰值后阶段有较大差异;②在应力峰值前,渗透率和振铃数整体变化趋势一致,都经历了三个阶段,前期下降阶段、中间稳定阶段和后期上升阶段,整体变化趋势也为“J”型;③在峰前下降阶段,渗透率与轴向应力关系具有负指数关系,用公式k= ae-bσ表示,而在峰前上升阶段,可用正指数函数关系表示;④煤体初始孔隙结构及力学性质对裂隙演化和渗透率变化具有一定的控制作用,且在不同的阶段对裂隙演化和渗透率变化的控制作用不同。

(4)分析了试验煤样在循环载荷条件下的力学变形-裂隙演化-渗透率变化特征及机制:①在整个循环过程中,煤样的应力-应变曲线呈现出疏-密-疏变化规律,声发射振铃数和渗透率变化则整体呈现出“J”型的规律,具有明显的三个阶段性特征:前期下降阶段、中间稳定阶段和后期上升阶段;②在渗透率降低阶段,渗透率随循环次数的降低趋势符合负指数函数关系,用公式k= ae-bx表示,而在渗透率的升高阶段,可用正指数函数关系表示;③分析不同循环阶段煤样变形、裂隙演化与瓦斯渗透率的内在关系。

单轴冲击荷载下煤体损伤及破坏特征分析

单轴冲击荷载下煤体损伤及破坏特征分析王振宇;岳高伟;蔺海晓;李敏敏【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2024(55)2【摘要】为探究单轴冲击荷载下煤体损伤破坏特性及演化规律,采用分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar)装置,通过调节储气室气压值,获得煤样在5 m/s冲击速度下的动力学响应结果,并以此为主要参考依据,确定模型细观物理力学参数;利用PFC3D软件,进行了在单轴冲击荷载作用下,含不同角度的闭合和非闭合直裂隙(0°、30°、60°、90°)的煤体在5 m/s冲击速度下,以及不含裂隙煤体在不同冲击速度下损伤破坏过程的数值模拟试验;探究了单轴冲击荷载下,冲击速度、裂隙分布角度等因素对煤体损伤破坏特征的影响。

试验结果表明:冲击速度较低的时候,煤样主要遵循变形破坏准则,当冲击速度增长到一定程度时,则主要遵循强度破坏准则;裂隙通常由4个角和裂隙的尖端等介质突变处产生,呈现“V”形或“X”形扩展趋势,最终呈现出X形破坏带;煤样内外层呈现出不同的破坏形式,内层较于外层更接近三向应力状态,因此更容易发生剪切破坏,而外层就更容易发生拉伸破坏;总的来说,在单轴冲击荷载作用下,煤样主要破坏形式为拉伸破坏。

【总页数】9页(P10-18)【作者】王振宇;岳高伟;蔺海晓;李敏敏【作者单位】河南理工大学土木工程学院【正文语种】中文【中图分类】TD315【相关文献】1.混凝土单轴荷载下细观损伤破坏的数值模拟2.单轴压缩荷载下煤岩的弹脆性损伤本构模型3.单轴荷载下类煤岩组合体变形规律及破坏机理4.单轴压缩荷载作用下煤岩损伤演化规律的CT实验5.真三轴条件下煤岩体冲击破坏的能量演化特征分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展

多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展煤岩是矿井隆起、落地和矸石压实的主要构成成分。

经过长时间的地质作用，煤岩材料具有层理性、脆性和多孔性等特征。

在采矿过程中，煤岩隔板、支架和煤岩本身承受着多场耦合作用的特殊环境。

因此，煤岩的损伤与破坏过程非常复杂。

从宏观角度来看，煤岩的损伤和破坏过程可以分为两个过程。

煤岩在受到外部载荷时，会先产生弹性变形。

当应力达到一定程度时，煤岩会发生塑性变形而产生裂纹。

这是煤岩的第一阶段损伤破坏。

煤岩的第二阶段损伤破坏是由于裂纹扩展而引起的。

裂纹扩展的速度和路径，取决于煤岩材料的物理和力学性质。

在煤岩破裂过程中，岩石中的微观孔洞、裂隙、饱和度和应力分布等因素都起着重要作用，这为煤岩的损伤与破裂机理的深入研究提供了契机。

在多场耦合作用下的煤岩损伤与破坏，主要受到以下因素的影响：温度、湿度、应力、应变速率、水压力、隔板、矿柱和支架等。

这些因素之间存在复杂的相互作用，使得煤岩损伤与破坏更加复杂。

目前，煤岩损伤与破坏的研究主要涉及到煤岩的力学性质、岩石学、损伤力学和应用数学等学科。

其中，力学模型是煤岩损伤与破坏研究的重要工具之一。

力学模型可以为煤岩的物理实验提供参数基础，分析煤岩损伤与破坏的力学本质，为预测煤岩的损伤与破坏提供数据支撑。

近年来，学者们利用有限元法、位势理论、分形理论、数字图像处理和流体力学等技术，成功地开发了一系列煤岩损伤与破坏的力学模型。

此外，现代非侵入式物理检测手段如X射线衍射仪、核磁共振和高分辨率电子显微镜等，也为煤岩损伤与破坏研究提供了新的方法和手段。

煤岩损伤与破坏的研究将为采煤工程的安全生产提供重要的理论基础。

未来，我们需要进一步加强多场耦合作用下的煤岩损伤与破坏的研究，提高煤岩损伤与破坏的预测和控制水平，在采煤工程中保障矿工的安全。