• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
超前工作面采动煤体损伤与孔裂隙结构演化特征研究
  • 25
  • 作者

    张通谢志争袁亮唐明郑凯歌张村毛钧林

  • 单位

    安徽理工大学安全科学与工程学院深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室)中煤科工西安研究院(集团)有限公司煤炭科学研究总院西安研究院中国矿业大学(北京)能源与矿业学院

  • 摘要
    我国大型盆地中赋存丰富的煤与煤层气资源,煤层开采扰动原始应力场、裂隙场,影响煤层气运移分布及工程抽采。本文利用研制的低场核磁共振真三轴试验系统,开展煤层开采扰动煤体应力-裂隙-损伤演化试验,监测载荷过程中T2谱、MRI信号变化及瓦斯抽采状况,分析不同区域煤体孔隙结构强度、损伤程度、孔隙裂隙分布与连通性的载荷响应规律。研究表明:煤体孔隙裂隙由吸附孔(0-0.1μm,60%-74%)、渗流孔(0.1-1μm,26%-29%)和运移孔(>1μm,0-13%)构成; 载荷煤体经历了弹性、弹-塑性、塑性、损伤阶段,弹性-塑性-损伤阶段煤体孔隙度分别为4.9%-2.62%-3.1%(原岩应力区域)、2.46%-1.45%-1.8%(峰值前区域)、2.57%-1.03%-1.95%(工作面区域),煤体损伤前吸附孔向渗流孔、运移孔转变,煤体损伤过程吸附孔和运移孔向渗流孔转变,孔裂隙结构连通性增强;原岩应力区域至工作面区域煤体吸附孔、渗流孔的非均匀性、各向异性增强,运移孔的连通性与均匀性增强,孔隙度载荷响应逐渐增加,孔隙扩张、节理裂隙等显著发育,吸附孔、渗流孔及渗流孔-运移孔主导了原岩区、峰值区及工作面区煤体孔隙裂隙变化;原岩区域煤体孔裂隙发生压缩与扩张变化形成吸附型瓦斯解析-渗流通道,峰值区域煤体剪切裂隙、拉伸裂隙充分发育形成吸附-渗流-运移型瓦斯分布通道,工作面区域煤体出现大尺度剪切裂隙且拉伸裂隙间连通性加强,形成瓦斯渗流-运移通道。瓦斯抽采过程中超前工作面瓦斯抽采经历了稳定期(原岩区域吸附-解析型瓦斯)与高峰期(峰值破损区域解析-运移型瓦斯),峰值区域煤体的破损对井下瓦斯抽采浓度与流量产生重要影响。研究成果为煤与伴生瓦斯资源安全高效开采提供理论支撑。
  • 关键词

    NMR在线真三轴实验超前支承压力煤体损伤孔裂隙结构瓦斯抽采

  • 文章目录
    1. 工程地质背景
    2.试验设备与步骤
    2.1试验设备
    2.2 设备系统及技术参数
    2.3 试验步骤
    3 试验理论
    3.1 核磁分形理论
    3.2 孔裂隙强度理论
    4 结果与分析
    2谱响应特征'>4.1 T2谱响应特征
    4.2 核磁共振成像分析
    4.3 瓦斯现场抽采分析
    5 讨论
    5.1 孔隙度演化
    5.2 煤体孔裂隙强度应力响应
    5.3 孔裂隙连通性
    5.4载荷煤体多场耦合机理
    6 结论
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