循环外载激发下孔隙流体对煤岩动力灾害孕育的力学作用机制参考-论文.pdf

文档介绍：第 卷第 期 煤 炭 学 报
　 46 2 　 　 　 　 　 　 Vol. 46　 No. 2　
年 月
　 2021 2 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY Feb. 　 2021　
循环外载激发下孔隙流体对煤岩动力灾害
孕育的力学作用机制
, , ,
张振宇1 2 ,钟春林1 2 ,薛康生1 2 ,秦其智3
重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室 重庆 重庆大学 重
(1. , 　 400044; 2. Geofluids,Geomechanics and Geoenergy (3G) Research Group,
庆 山东兖矿集团有限公司 山东 邹城
　 400044; 3. , 　 273500)
摘 要:为研究回采工作面前方不同支承压力区煤体在循环外载的扰动下孔隙流体对煤岩动力灾
　
害孕育的力学作用机制,开展了不同孔隙压力( , 和 )与轴向循环应力水平(饱和煤岩三轴
1 3 5 MPa
强度的 与 )煤岩的循环加卸载排水实验研究。 研究发现,当最大循环加载应力水平为三
50% 80%
轴强度的 时,煤岩的轴向与径向应力应变曲线在孔隙压力 和 下变化不显著,表
50% 1 MPa 3 MPa
明煤岩内部都没有产生大量的损伤裂纹。 但随着孔隙压力上升为 ,煤岩轴向和径向应变在
5 MPa
循环加载过程中变化相对显著,说明孔隙流体参与了其中的力学变形机制。 同时发现,试件的残余
径向应变在循环加载过程中逐渐减小,这是由于煤岩内部部分孔隙裂隙在循环荷载作用下被压实,
孔隙流体排出所致,且孔隙压力越大,径向收缩效应越明显。 当最大循环加载应力为煤岩三轴强度
的 时,煤岩在加载过程中发生失稳破坏,且破坏速度与孔隙压力正相关。 随着孔隙压力上升
80%
到 ,煤岩试件遭到严重破坏,试件被大裂隙完全贯通。 而且,高孔隙压力促使宏观裂隙之间
5 MPa
产生大量的煤岩碎屑和煤粉。 细观结构分析显示该应力状态下的煤岩在循环加载后孔隙度显著增
加,且煤岩加载后孔隙度的增量随孔隙压力的升高而增大。 以上结果显示,距离工作面较远的煤体
首先经受低幅值循环外载作用,孔隙流体的排出导致煤体在水平方向发生收缩变形,一方面会减小
煤层局部的渗透性;另一方面会降低煤层水平应力,从而降低煤岩的三轴抗压强度。 而排出的孔隙
流体在煤体中发生局部迁移和富集