載荷煤體滲透率演化特性及在卸壓瓦斯抽采中的應(yīng)用.pdf

1、煤層卸壓開(kāi)采是通過(guò)應(yīng)力釋放使煤體產(chǎn)生大量的新生裂隙,改變煤體結(jié)構(gòu)特征,促使煤層滲透性發(fā)生了根本性的改變,實(shí)現(xiàn)煤層增透以促瓦斯抽采。本文以煤層卸壓開(kāi)采為主線,以載荷煤體滲透率演化特性和煤體裂隙擴(kuò)展機(jī)制為重點(diǎn),以理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和工程實(shí)踐為主要手段,研究加卸荷過(guò)程中煤體裂隙演化和滲透率變化過(guò)程,獲得滲透率演化規(guī)律和建立相應(yīng)模型,并將結(jié)果應(yīng)用于卸壓開(kāi)采下被保護(hù)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(jié)論如下:

2、>　　(1)制取標(biāo)準(zhǔn)原煤樣,采用與卸壓開(kāi)采煤層受力特征相同的力學(xué)路徑,進(jìn)行了不同加卸荷下的滲透率實(shí)驗(yàn),得到了不同層理方向上滲透率比達(dá)7.5:1,分析卸荷過(guò)程滲透率演化差異原因,提出在相同卸荷點(diǎn)應(yīng)力下試樣初始損傷程度越大,卸荷極限承載強(qiáng)度就越低,致使在卸荷過(guò)程中試樣損傷變形的加劇和大量新裂隙的產(chǎn)生,最終滲透率劇增且大于加荷過(guò)程的滲透率。根據(jù)滲透實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得了卸荷增透的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和新認(rèn)識(shí)。
　　(2)將損傷力學(xué)、卸荷力學(xué)和滲流力學(xué)相結(jié)合

3、,運(yùn)用RFPA2D–Flow軟件模擬了加卸荷作用下不同預(yù)置層理試件裂隙起裂、擴(kuò)展、貫通機(jī)制和滲透特性,獲得載荷條件下試件裂隙演化過(guò)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(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,指出卸荷點(diǎn)處試件內(nèi)部出現(xiàn)的破壞點(diǎn)和損傷微裂隙越多,在卸荷后微裂隙擴(kuò)展速度就越快,破壞點(diǎn)數(shù)量則更多,最終易產(chǎn)發(fā)生破斷變形,滲透率劇增。
　　(3)根據(jù)在載荷條件下試樣滲透實(shí)驗(yàn)和裂隙演化模擬,得出加荷過(guò)程試樣滲透率隨著有效應(yīng)力的增大而

4、減小;而卸荷過(guò)程試樣滲透率隨著有效應(yīng)力的減小而增大,但卸荷過(guò)程滲透率并非是加荷過(guò)程的簡(jiǎn)單逆過(guò)程,并建立了載荷煤體滲透率與有效應(yīng)力的關(guān)系。對(duì)比了試樣滲透率演化的整體過(guò)程及規(guī)律,獲得了卸荷過(guò)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(duì)應(yīng)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(jù)鐵法礦區(qū)大隆煤礦煤層賦存特點(diǎn),利用FLAC3D軟件對(duì)試驗(yàn)礦區(qū)被保護(hù)層采動(dòng)變形和應(yīng)力變化進(jìn)行模擬研究,得出被保護(hù)層采動(dòng)