載荷煤體滲透率演化特性及在卸壓瓦斯抽采中的應用.pdf

1、煤層卸壓開采是通過應力釋放使煤體產生大量的新生裂隙,改變煤體結構特征,促使煤層滲透性發(fā)生了根本性的改變,實現煤層增透以促瓦斯抽采。本文以煤層卸壓開采為主線,以載荷煤體滲透率演化特性和煤體裂隙擴展機制為重點,以理論分析、實驗研究、數值模擬和工程實踐為主要手段,研究加卸荷過程中煤體裂隙演化和滲透率變化過程,獲得滲透率演化規(guī)律和建立相應模型,并將結果應用于卸壓開采下被保護層滲透率的分布特性和卸壓瓦斯抽采的研究。本論文的主要研究結論如下:

2、>　　(1)制取標準原煤樣,采用與卸壓開采煤層受力特征相同的力學路徑,進行了不同加卸荷下的滲透率實驗,得到了不同層理方向上滲透率比達7.5:1,分析卸荷過程滲透率演化差異原因,提出在相同卸荷點應力下試樣初始損傷程度越大,卸荷極限承載強度就越低,致使在卸荷過程中試樣損傷變形的加劇和大量新裂隙的產生,最終滲透率劇增且大于加荷過程的滲透率。根據滲透實驗結果獲得了卸荷增透的實驗現象和新認識。
　　(2)將損傷力學、卸荷力學和滲流力學相結合

3、,運用RFPA2D–Flow軟件模擬了加卸荷作用下不同預置層理試件裂隙起裂、擴展、貫通機制和滲透特性,獲得載荷條件下試件裂隙演化過程和滲透變化規(guī)律,滲透率的變化與裂隙演化具有一致性。并與滲透實驗對比分析,指出卸荷點處試件內部出現的破壞點和損傷微裂隙越多,在卸荷后微裂隙擴展速度就越快,破壞點數量則更多,最終易產發(fā)生破斷變形,滲透率劇增。
　　(3)根據在載荷條件下試樣滲透實驗和裂隙演化模擬,得出加荷過程試樣滲透率隨著有效應力的增大而

4、減小;而卸荷過程試樣滲透率隨著有效應力的減小而增大,但卸荷過程滲透率并非是加荷過程的簡單逆過程,并建立了載荷煤體滲透率與有效應力的關系。對比了試樣滲透率演化的整體過程及規(guī)律,獲得了卸荷過程滲透率演化的三種典型路徑的概念模型,提出了與載荷煤體變形特征相對應的彈性滲透率模型、塑性滲透率模型和卸荷增透模型。
　　(4)根據鐵法礦區(qū)大隆煤礦煤層賦存特點,利用FLAC3D軟件對試驗礦區(qū)被保護層采動變形和應力變化進行模擬研究,得出被保護層采動