岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 13-22.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0753

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

加卸载应力作用下煤岩渗透率演化模型研究

蒋长宝1，余塘1，魏文辉2，段敏克1, 3，杨阳1，魏财1   

  1. 1. 重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400030；2. 鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司，内蒙古 乌审旗 017300； 3. 安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽 淮南 232001
  • 收稿日期:2020-06-03 修回日期:2021-03-08 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-13
  • 通讯作者: 段敏克，男，1990年生，博士，讲师，主要从事采矿工程方面的研究工作。E-mail: duanminke@aust.edu.cn E-mail: jcb@cqu.edu.cn
  • 作者简介:蒋长宝，男，1982年生，博士，教授，博士生导师，主要从事采矿工程方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目（No.52074044，No.51674048）；重庆市留创计划创新类资助项目（No.cx2020112）。

Permeability evolution model of coal under loading and unloading stresses

JIANG Chang-bao1, YU Tang1, WEI Wen-hui2, DUAN Min-ke1, 3, YANG Yang1, WEI Cai1   

  1. 1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400030, China; 2. Ordos Yingpanhao Coal Co., Ltd., Uxin Banner, Inner Mongolia 017300, China; 3. State Key Laboratory of Mining Response and Disaster Prevention and Control in Deep Coal Mines, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001, China
  • Received:2020-06-03 Revised:2021-03-08 Online:2022-06-30 Published:2022-07-13
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(52074044, 51674048) and the Entrepreneurship & Innovation Support Program for Chongqing Overseas Returnees(cx2020112).

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摘要： 为研究开采过程中煤岩力学行为及渗透率演化规律，运用含瓦斯煤热−流−固耦合渗流伺服试验系统，进行了不同加卸载条件下原煤力学及渗流试验，分析了加卸载应力作用对煤岩变形及渗流规律的影响，得到了剪胀角随塑性剪切应变的变化关系，发现了塑性剪切应变在1.6%左右会出现剪胀角急剧变化的现象。根据试验现象和结果，考虑煤岩结构对渗透率的影响，对煤岩在弹性阶段和屈服损伤后的结构进行简化，基于火柴棍模型及渗流理论分析，从应变的角度出发，探讨了加卸载应力对煤岩渗透率的影响，建立了两个不同阶段的渗透率模型（即弹性阶段和损伤阶段），基于不同阶段的渗透率模型和剪胀角规律，构建了煤岩全过程渗透率模型。所构建的渗透率模型与试验结果对比吻合效果较好，验证了该模型的适用性，可以为实现煤与瓦斯共采提供一定的理论依据。

关键词: 原煤, 剪胀角, 加卸载, 渗透率模型

Abstract: In order to study the mechanical behavior and permeability evolution law of coal in mining process, the mechanical and seepage experiments on raw coal under different loading and unloading conditions were carried out by using self-made thermal- hydro-mechanical (THM) coupling seepage servo testing system for gassy coal. The influence of loading and unloading stresses on coal deformation and seepage was analyzed and discussed. The relationship between dilatancy angle and plastic shear strain was obtained, and it was found that the dilatation angle changes sharply when the plastic shear strain is about 1.6%. According to the experimental phenomena and results, the structures of coal in elastic stage and yield damage stage were simplified by considering the influence of coal structure on permeability. Based on match stick model and seepage theory analysis, the influence of loading and unloading stresses on coal permeability was discussed from the perspective of strain, and two permeability models (i.e. in the elastic stage and damage stage) were established. Based on the permeability models in different stages and dilatancy angle law, the whole process of permeability model of coal was constructed. The permeability model constructed in this paper is in good agreement with the experimental results, which verifies the applicability of the expression and provides insights for the realization of coal and gas simultaneous extraction.

Key words: coal, dilatancy angle, loading-unloading, permeability model

中图分类号: 

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