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论文题目 重复采动应力路径下煤的渗透性与孔隙率演化机制研究
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重复采动应力路径下煤的渗透性与孔隙率演化机制研究

首发时间:2023-04-10

1   

崔敏睿(2001),男,主要研究方向:地质工程

李锦 1    2    张鸿健 1    1    2   

李伍(1987),男,副教授、博导,主要研究方向:矿井地质、煤地质学及地球化学

  • 1、中国矿业大学资源与地球科学学院,徐州 221116
  • 2、中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,徐州 221116

摘要:煤岩的渗透率在煤和瓦斯的协同开采过程中起着至关重要的作用,而渗透率又和煤岩内部微结构息息相关。为验证在重复加卸载应力路径对煤岩渗透率的影响,本文使用1000-50vht型岩石高温三轴流变实验系统,采用以额定速率重复加卸载围压与轴压的方式开展煤块三轴渗流实验,分析在15mpa围压下重复加卸载偏应力从0、15、30、40直至58mpa煤块渗透率的演化规律;为研究煤块内部微结构对渗透率的影响,使用核磁仪器,通过核磁共振t2谱法观测每次卸载阶段结束后煤样的内部孔隙特征,完成了每一阶段重复加卸载前后煤块内部微结构的变化对比。研究结果表明:重复加卸载过程中煤样的渗透性变化规律与孔隙性变化规律相吻合,呈正相关,5次重复加卸载围压和偏压实验导致煤样吸附孔体积提高了50.79%、渗流孔增加了17.68%、裂隙减少了46.15%、孔隙率增加了36.02%;煤样在重复加卸载应力路径下的破坏可分为内部结构破坏和完全剪切破坏两阶段,在内部结构破坏时,煤样的渗透率为7.58728e-18m2,裂隙信号强度为277.78,渗透率和裂隙发育量均达到最大值,完全剪切破坏时,煤样出现大裂缝,内部孔隙和裂隙被二次压密,渗透率和裂隙数量都有所降低;循环加载偏应力过程中煤样的初始渗透率相较于上一阶段的初始渗透率变化较小,最大损伤率仅为9.01%,说明了在围压作用下重复加卸载偏压对其内部微结构造成的影响较小。研究结果对于煤及煤层气的协同开采具有理论意义和参考价值。

关键词: 孔隙结构

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study on the evolution mechanism of permeability and porosity of coal under repeated mining stress path

1   

崔敏睿(2001),男,主要研究方向:地质工程

li jin 1    zhang hongjian 2    1   

李伍(1987),男,副教授、博导,主要研究方向:矿井地质、煤地质学及地球化学

  • 1、school of esources and geoscience,china university of mining &technology,xuzhou 221116
  • 2、key laboratory of coalbed methane resource&reservoir formation process,ministry of education(china university of mining&technology),xuzhou 221116

abstract:coal rock permeability plays a critical role in the synergistic mining of coal and gas, and the permeability is closely related to the internal microstructure of coal rock. in order to vestudy on the evolution mechanism of permeability and porosity of coal under repeated mining pathrify the influence of repeated unloading stress paths on the permeability of coal rocks, this paper uses the 1000-50vht rock high temperature triaxial rheological experiment system to conduct triaxial permeability experiments on coal blocks by repeatedly unloading surrounding and axial pressures at rated rates, and analyzes the evolution of the permeability of coal blocks from 0, 15, 30, 40 to 58 mpa by repeatedly unloading partial stresses at 15 mpa surrounding pressure. in order to study the influence of internal microstructure on permeability of coal blocks, the internal pore characteristics of coal samples after each unloading stage were observed by nmr t2 spectroscopy using nmr instruments, and the comparison of the changes of internal microstructure of coal blocks before and after each stage of repeated unloading was completed. the results showed that the permeability change pattern of the coal samples during repeated unloading coincided with the pore size change pattern and was positively correlated, and the five repeated unloading peritectic and bias pressure experiments resulted in the increase of adsorption pore volume by 50.79%, increase of percolation pore by 17.68%, decrease of fracture by 46.15%, and increase of porosity by 36.02%; the damage of coal samples under the repeated unloading stress path could be the damage of coal samples under repeated loading and unloading stress paths can be divided into two stages: internal structural damage and complete shear damage, in the internal structural damage, the permeability of coal samples was 7.58728e-18m2, the intensity of fracture signal was 277.78, the permeability and the amount of fracture development reached the maximum, in the complete shear damage, large cracks appeared in coal samples, the internal pores and fractures were secondarily compressed, the permeability and the number of fractures were reduced; the initial permeability of coal samples during cyclic loading partial stress the initial permeability of the coal samples during the process of cyclic loading of partial stresses changed less compared with the initial permeability of the previous stage, and the maximum damage rate was only 9.01%, indicating that the repeated loading and unloading of partial stresses under the action of surrounding pressure caused less influence on its internal microstructure. the research results have theoretical significance and reference value for the synergistic mining of coal and coalbed methane.

keywords: pore structure

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崔敏睿,李锦,张鸿健,等. 重复采动应力路径下煤的渗透性与孔隙率演化机制研究[eb/ol]. 北京:中国科技论文在线 [2023-04-10]. https://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/202304-169.

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