煤巖變形損傷破壞及其與透氣性的關(guān)系.pdf

1、本文以南桐礦務(wù)局南桐礦6號煤層為研究對象，在MTS-815材料試驗機上進行了煤巖的單軸和三軸加載試驗，分析了煤巖在加載過程中的變形破壞特征，并分別從熱力學(xué)和等效性假設(shè)途徑，探討了建立煤巖損傷本構(gòu)方程的一般方法。最后針對煤巖變形損傷與其透氣性的關(guān)系，進行了含不同氣體煤的三軸加載試驗，并從孔裂隙成核的角度建立了煤巖變形過程中滲透率的演化方程。主要的研究成果及結(jié)論如下：
　　 ①首先，進行了煤巖的常規(guī)物理力學(xué)性能試驗，包括單軸和三軸加

2、載下，煤巖的全應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的測定；分析了在這兩種加載條件下，煤巖的變形破壞特征；詳細討論了影響試驗的主要因素。
　　 ②在一維應(yīng)力狀態(tài)下，將煤巖的損傷變形分為兩個階段，即線彈性損傷孕育階段和塑性區(qū)損傷發(fā)展階段，根據(jù)Mazars損傷模型的建立方法，直接寫出了煤巖的損傷本構(gòu)方程。在三維應(yīng)力狀態(tài)下，分別從熱力學(xué)途徑和等效應(yīng)變途徑分析了煤巖材料的損傷變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)三軸應(yīng)力比越高，煤巖破壞時的韌性越差而脆性越突出。
　　 ③進行

3、了含不同氣體煤，在三維應(yīng)力狀態(tài)下的滲透率一應(yīng)變演化特征測定，分析了有效應(yīng)力與煤巖透氣性的關(guān)系?？紤]煤巖吸附氣體后會產(chǎn)生膨脹應(yīng)變，將吸附膨脹應(yīng)力引入有效應(yīng)力的計算，解釋了煤巖吸附不同氣體后，滲透率的大小變化。
　　 ④由于煤層埋藏的地質(zhì)復(fù)雜性以及不同氣體吸附性能的差異，將二氧化碳注入煤層驅(qū)替瓦斯氣，不僅要考慮煤巖在地應(yīng)力場條件下的變形損傷特征，還需要重點考慮二氧化碳注入過程中引起的差異性膨脹，很顯然這又會對煤層的力學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生新的