瓦斯涌出过程煤体变形及渗透规律试验研究

瓦斯涌出过程中,应力状态改变,瓦斯渗流孔隙压力变化及煤解吸瓦斯均会引起煤体变形。煤体的变形引起煤体内孔隙、裂隙发生变化,进而影响煤体的渗透性。研究瓦斯涌出过程煤体变形规律及渗透规律,能为探究煤与瓦斯突出等动力灾害发生机理提供重要的理论依据。论文以铁新煤矿9#煤层制成的型煤为研究对象,利用自主研制的应力-渗流-解吸煤体变形试验装置进行了应力作用下煤体变形试验、应力-渗流作用下煤体变形试验、应力-渗流-解吸作用下煤体变形试验。试验通过改变施加给煤样围压、轴压、孔隙压力来探究在采动瓦斯涌出过程中应力、渗流、解吸作用下煤体变形及渗透规律。由应力作用下煤体变形试验结果可知：在仅考虑煤体采动影响应力变化时,煤体变形和所受压力呈线性变化。由应力-渗流作用下煤体变形试验结果可知：在仅考虑孔隙压力作用时,煤体的变形随着孔隙压力的增加而呈二次函数增加,煤体的渗透性随孔隙压力的增加呈先减小后增加的趋势；在围压和孔隙压力共同作用时,煤体应变值与孔隙压力、围压之间的关系可以用ε=Ap2+Bp+Cσ3～2+Dσ3+E函数表示。由应力-渗流-解吸作用下煤体变形试验结果可知：在应力、渗流、解吸共同作用下,随着孔隙压力的降低,煤样不断的缩小,且横向应变减小速度比纵向应变减小的快；围压降低时,解吸和渗流作用引起煤体横向变形逐渐增加,纵向应变逐渐减小；在所试验的孔隙应力范围内可以用二次函数表示应变与孔隙压力之间的关系；煤体的渗透率随着孔隙压力的降低而升高,随着围压的升高而降低。通过对应力-渗流作用下煤体变形试验和应力-渗流-解吸作用下煤体变形试验对比分析可知：孔隙压力与煤体解吸变形关系符合朗格缪尔方程；解吸-渗流作用下煤体的渗透率低于渗流作用煤体的渗透率,瓦斯涌出过程中煤体的渗透率会逐渐增加。