温度对含瓦斯煤力学特性影响试验研究

借助自主研发的三轴渗流装置,以贵州玉舍1#煤层250~380μm的型煤试件为研究对象,开展了不同温度条件下含瓦斯煤的三轴压缩试验,研究表明:不同温度条件下含瓦斯煤的全应力-应变曲线大体可以分为压密、线弹性、屈服和峰值及应变软化4个阶段;温度增加时含瓦斯煤的三轴抗压强度呈减小趋势;含瓦斯煤的刚度和强度均随温度升高而降低;升温过程含瓦斯煤的径向变形速度大于轴向变形速度,出现泊松比增大现象。     

粒径对含瓦斯型煤力学性质及渗透特性的影响试验研究

以贵州矿区玉舍煤矿1#煤层3种不同粒径的型煤试件为研究对象,借助MTS815岩石力学伺服系统及自主研发的三轴渗流设备分别开展单轴压缩试验和三轴渗流试验,研究表明:含瓦斯型煤单轴抗压强度随粒径变化呈反相关关系,含瓦斯型煤抗破坏能力随粒径减小而增大;含瓦斯型煤弹性模量随粒径变化亦呈反相关关系;若有效应力恒定,3种粒径含瓦斯型煤渗透率均随温度升高而降低。若温度不变,3种粒径含瓦斯型煤渗透率随有效应力增加而减少;若温度和有效应力均恒定,300~450μm粒径含瓦斯型煤渗透率最高。相同粒径含瓦斯型煤渗透率随有效应力升高而降低。     

不同围压条件下含瓦斯煤的三轴压缩试验研究

利用改造后的伪三轴渗流设备,以贵州玉舍煤矿K1煤层的型煤试件为研究对象,进行了恒定温度和瓦斯压力,不同围压条件下含瓦斯煤的三轴压缩试验,探究了实验条件下含瓦斯煤的变形特性及其力学参数的变化规律。结果表明:随着围压的增加,含瓦斯煤的应力-应变曲线斜率有变陡趋势,峰值应变有增加趋势,抗压强度和弹性模量逐渐增大,泊松比减小。     

煤岩层理效应对甲烷吸附-解吸及渗流规律影响的实验研究

为了研究煤岩试件中层理面的存在对甲烷吸附-解吸规律以及渗流规律的影响,通过实验室对含不同倾角的层理面试件进行了吸附解吸试验、全应力-应变-渗流试验,对实验结果进行分析。结果表明:1)甲烷在吸附-解吸过程中,随煤岩层面倾角增大,甲烷吸附速度增加,吸附总量及体积应变不变;2)煤岩试件受层理接触面力学特性、物理特性的双重影响,在应力-应变曲线5个阶段分别对瓦斯渗流规律造成影响,表现为很强的层理效应;3)层面倾角越大,试件内甲烷渗流有效路径越多,初始渗流速度越快;4)甲烷渗流速度受压缩过程中煤岩轴向孔隙、裂隙压缩,径向孔隙、裂隙扩展的影响,最终在煤岩试件发生失稳破坏前,瓦斯渗流速度降至最小值,最小渗流速度时的轴向应变与峰值ε_p的比值随层面倾角增大而减小;5)在峰值强度后,煤岩发生失稳破坏,并伴随大量弹性能释放、裂纹扩展。弹性能释放越强烈则裂纹发展越密集,瓦斯渗流速度出现激增现象,最终渗透率b=0°b=90°b=30°b=60°。     

恒压差条件下突出型煤瓦斯渗流特征试验研究

以突出煤样制备的型煤为研究对象,利用自主研发的含瓦斯煤受载破坏试验系统,开展了不同加载速率及恒压差条件下的突出型煤瓦斯渗流的试验研究。结果表明:在围压和瓦斯压力固定的条件下,加载速率影响突出煤样的渗流特征,确定50 N/s的加载速率作为研究不同恒压差条件下突出煤渗流特征的实验加载速率;在围压与瓦斯压力差一定的前提下,随着围压、瓦斯压力的协同增大,突出煤样的瓦斯渗流速度表现出先减小后增大的趋势,而渗流速度的最大值与最小值的差值则呈先增大后减小的趋势,在围压1.5 MPa、瓦斯压力0.75 MPa时达到最大值。     

大粒径破碎岩石承压变形特性

为研究大粒径破碎岩石承压变形特性,研制了大尺寸破碎岩石承压变形试验系统,选取某矿区典型顶板砂岩,考虑垮落区破碎岩石粒径的分布特征和受力状态,进行了正态分布的粒径级配和梯形分级加载试验。试验表明:随轴向载荷增加,破碎岩石轴向变形逐渐增大,残余碎胀系数和空隙率逐渐减小,加载较恒载阶段尤为明显;恒载初期,轴向应变增长较快,而后逐渐变缓并趋于平稳,应变时间历程呈现对数关系;加载阶段,随载荷增大,破碎岩石试样轴向应变差值呈现先减小后增大,恒载阶段,随载荷增大,破碎岩石试样轴向应变差值则呈现先增大后减小;破碎岩石承压后的变形分为瞬时压缩变形和长期压缩变形两个阶段,主要由颗粒位置调整、原始或新生小颗粒滑动填充空隙引起的;破碎砂岩试样以粒径15~20 mm为承压变形过程中的稳定粒径,试验后,粒径15 mm的含量均有增加,粒径20 mm的含量则均有减小,为破碎砂岩试样总质量的16.76%。     

水力压裂过程中陶粒支撑剂运移规律及粒级配比优化北大核心

对比了传统石英砂与陶粒支撑剂在压裂过程中的运移情况,认为石英砂压裂产生的砂堤和悬砂区范围明显小于陶粒支撑剂,且造缝能力弱于陶粒;之后,采用物理实验与数值模拟相结合的方法研究了沁水盆地高河地区煤层气井QS01井在压裂过程中陶粒的运移规律及粒径配比。结果表明:在闭合压力相同时,大粒径陶粒的导流能力强于小粒径陶粒;大粒径陶粒随闭合压力增加导流能力下降速度变慢,说明大粒径陶粒在高闭合压力下仍得到了有效的支撑;250~380μm,380~1 000μm和830~1 400μm的陶粒配比为1∶6∶2时,平均支撑剂浓度最大,裂缝导流能力最高;粒径配比为3∶1∶2时,压裂裂缝长度与支撑缝长最大,导流能力最低;粒径配比为1∶1∶1时的压裂效果基本介于其它2种配比效果之间。因此,压裂过程中陶粒粒径配比建议选择1∶6∶2(250~380μm∶380~1 000μm∶830~1 400μm)。     

含瓦斯煤岩蠕变渗流耦合试验研究

应用自行设计的CSCG-160型重力液压恒载蠕变渗流试验系统,进行了煤样蠕变渗流特性试验,研究煤体蠕变过程中变形和渗流特性,并将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明:煤岩蠕变特性明显,蠕变载荷较小时,煤岩呈现衰减蠕变,较高的蠕变载荷水平下煤岩具有典型的蠕变3阶段;煤岩试样的环向应变随轴向应变的增大而增大,体积应变随轴向应变的增加呈现先增大后减小的趋势;煤岩渗透率随时间变化的曲线与煤岩蠕变试验曲线的变化趋势一致,煤岩的渗透率随蠕变载荷水平的增加而增大;煤岩蠕变过程的渗透率随轴向应变的增大而增大,渗透率增加的速率也随着轴向应变的增大而增大。     

不同侧压碎煤充填样品单轴压缩变形特征试验分析

侧压作用碎煤体变形特征复杂,通过对2组14个破碎煤体试件进行相同粒径不同初始侧压与不同粒径相同初始侧压作用下压缩变形试验,分析了侧压作用破碎煤体压缩变形轴向应力-应变曲线特征,确定了初始侧压、碎煤粒径对碎煤轴向变形及变形历时影响,研究了变化侧压与轴向应变关系。结果表明:随着轴向应力增加,碎煤应变呈增加趋势,初始侧压越大,碎煤轴向应力-应变曲线越光滑,碎煤轴向应变与变形历时越小,初始侧压与碎煤轴向应变、变形历时呈负指数关系;而随着碎煤粒径增大,碎煤轴向应力-应变曲线斜率与平滑程度减小,碎煤粒径与碎煤轴向变形、变形历时分别呈线性与指数增加趋势;随着碎煤轴向应变增加,变化侧压表现出增大趋势,初始侧压越大,碎煤变化侧压-轴向应变关系曲线斜率越小,而碎煤粒径越大,碎煤变化侧压-轴向应变曲线斜率越大,曲线加速趋势越明显,合理初始侧压对碎煤变形控制作用显著。     

物料配比对胶结充填体强度的影响研究

为了研究固体物料配比对胶结充填体强度的影响,采用压力机对16种不同配比养护龄期28d的胶结充填体试件进行单轴压缩试验,使用引伸计测量了胶结充填体试件的应变,研究了胶结充填体试件单轴抗压强度与物料配比的关系以及试件在压缩过程中的应力应变关系。试验结果表明,灰砂比相同时,胶结剂中水泥含量越多的充填体单轴抗压强度越大;胶结剂成分相同时,胶结剂含量越多的充填体单轴抗压强度越大;胶结充填体的应力应变曲线分为5个阶段,分别是孔隙裂隙压密阶段、线弹性阶段、屈服阶段、应变软化阶段以及残余强度阶段。