原煤标本中使用这个测试从Shamushu四川煤矿煤炭工业集团。块煤加工成标准原煤标本的维度 Φ 50 × One hundred. 通过实验室流程毫米。结束不均匀控制在0.05毫米,原煤样品的基本参数如表所示 1,原煤标本的密度是1.513克/厘米³。原煤标本图所示 1。

在测试使用的仪器是thermal-fluid-solid耦合渗流装置独立开发的含瓦斯煤岩(重庆大学 21),如图 2。系统由一个加载控制系统,压力和应变采集和分析系统,内部密封渗流系统,声发射监测系统。测试系统可以执行实验标本的大小( φ 50 × One hundred. 毫米)和( φ One hundred. × 200年 毫米),可以提供1000 kN的最大轴向压力,最大60 MPa在径向方向上,围压和最大气体压力6 MPa。系统能够进行实验测试失败,渗流,和水力压裂在耦合的多个采动应力路径下,气体压力和温度。

原煤试样放置在装运箱。轴向应力 σ 1 和围压 σ 3 加载的加载速率0.2 kN / s 7 MPa的静水压力和CH₄气体在2 MPa然后通过入口。测试后进行煤试样吸收持续2小时,和出口流动是稳定的。测试加载程序如图 3。在该测试中,交替加载轴向压力(2.42 MPa)和卸载围压(0.5 MPa)采用改变轴向压力加载速率和卸围压速率,分别探讨其影响原煤的变形和渗透率特征。总结了具体的装货率测试表 2。轴向压力和围压加载卸载后到达指定的目标价值,加载模式改为位移控制加载,加载速率为0.00167毫米/秒,直到原煤试样破坏。在装卸、质量流量计用于监测气体流量的出口,和达西定律是用来计算原煤样品的渗透率在不同装卸率提供如下( 17, 21]: (1) k = 2 问 μ l P 2 一个 P 1 2 − P 2 2 , 在哪里 k 是原煤样品的渗透率,m²; l 原煤试样的长度,米; 问 是在标准条件下气体流量,米³/ s; μ 是动态粘度的气体,Pa·s; 一个 是原煤试样横截面面积,m²; P 2 环境压力,MPa; P 1 入口气体压力结束,MPa。

在交变加载和卸载条件下,原煤的stress-strain-permeability曲线样本变量轴向压力加载速率图所示 4。标本在测试期间S4很小的渗透性,可以观察到,没有相当大的变化规律;因此,渗透率的演化的标本被忽略。每个轴向应力的增加2.42 MPa导致轴向应变的增加 ε 1 和径向应变 ε 3 以及渗透率的下降 k 。这是因为增加轴向应力引起的轴向压缩变形和径向扩张原煤标本,从而增加轴向和径向压力。原料煤的孔隙裂缝压缩,渗流通道缩小,导致渗透率的下降。当围压降低了0.5 MPa, ε 1 , ε 3 , k 增加。这可以归因于这样一个事实:围压卸载导致原煤试样径向扩张,增加的 ε 1 ,增加孔隙裂纹区域的原煤,相对减少裂纹tortuousness和膨胀的气体渗流通道,从而最终显示出渗透率的增加。加载的轴向压力和围压卸荷,振幅的变化 ε 1 , ε 3 , k 所有逐渐减少。在轴向力加载的过程中,增加的幅度 ε 1 是比 ε 3 的下降幅度 k ,这表明 ε 1 更敏感的轴向应力比吗 ε 3 和 k 。然而, ε 1 有一个小变化振幅在围压卸载,显示低围压的敏感性。同样,在围压卸载,振幅的增加 ε 3 是比 ε 1 和 k , ε 3 显示了一个高灵敏度的围压。

轴向应变为代表 ε 1 、径向应变为代表 ε 3 ,体积应变为代表 ε v ,计算公式如下: (2) ε 1 = Δ l l , (3) ε 3 = Δ D π D , (4) ε v = ε 1 + ε 3 ,

在哪里 Δ l 轴向变形,mm; l 样品的高度,mm; Δ D 径向变形,mm; D 样品的直径,毫米。

与轴向载荷的变化与位移加载模式,增加的幅度 k 标本S1先增加然后减少,振幅的增加 k 标本S2和S3逐渐增加直到标本损坏。当原煤标本损坏,峰值强度为40.39 MPa标本S1, 26.66 MPa标本2,36.25 MPa标本S3, 46.61 MPa标本S4。强度各向异性是由于初始微裂隙内原煤试样在不同方向引起的轴向加载速率的变化,以及煤样的结构的各向异性(分层和夹板结构),导致强度差异很大。

在交替加载和卸载条件下,原煤试样在变量的stress-strain-permeability曲线围压卸载率如图 5。当轴向应力增加2.42 MPa和围压降低了0.5 MPa,轴向应变的变化,径向应变,渗透率如图显示了类似的模式 4。加载的轴向压力和围压卸荷,振幅的变化 ε 1 和 ε 3 逐渐减少。然而,变化幅度 k 显示了不同的趋势。在交变加载和卸载, k 显示了一个交替增加和减少模式,同时,它显示了一个总体下降的趋势。在相同的轴向加载过程中,增加的幅度 ε 1 是比 ε 3 的下降幅度 k , ε 1 更敏感的轴向压力和围压较不敏感。在卸围压过程中,增加的幅度 ε 3 是比 ε 1 和 k 卸围压过程, ε 3 是围压更敏感。原煤的峰值强度值标本S5-S8 56.60 MPa, 33.19 MPa, 42.09 MPa,和43.23 MPa,分别时损坏。初始裂纹的萌生和扩展煤炭样本结构的各向异性导致原煤强度的差异。

探讨轴向应变的演化规律 ε 1 、径向应变 ε 3 ,渗透率 k 原煤的变量条件下的轴向加载速率的公式( 5)- ( 7)是用于计算的变化率 ε 1 , ε 3 , k 随着时间的推移。 (5) ε 1 ′ = d ε 1 d t , (6) ε 3 ′ = d ε 3 d t , (7) k ′ = d k d t ,

在哪里 ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 是轴向应变的变化速度、径向应变,和渗透率随着时间的推移,分别在替代变量加载率下装卸阶段。计算结果如图所示 6。的 ε 1 ′ 和 k ′ 原煤在提高阶段的轴向压力的变化值大于围压卸载阶段,但是 ε 3 ′ 小于增加围压卸载阶段的价值。在轴向应力加载阶段, ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 显示相同的加载速率的变化规律。随着加载速率的增加, ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 逐渐上升,他们总是表现的关系 ε 1 ′ > k ′ > ε 3 ′ ;加载速率降低, ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 先降低,然后增加;随着加载速度先增加然后减少或先增加然后减少, ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 显示相同的变化规律。在相同围压卸荷速率的阶段, ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 所有显示增加的变化趋势, ε 3 ′ 总是大于 ε 1 ′ 和 k ′ 。

探索应变的演化规律和渗透率变量下的原煤试件围压卸载率,公式( 5)- ( 7)是用于计算的变化率 ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 随着时间的推移,和计算结果如图 7。 ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 显示相同的变化规律与围压卸载率。作为卸货率与围压的增加, ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 不断增加;作为卸货率降低, ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 逐渐减少;作为卸货速度先增加然后减少或先增加然后减少, ε 1 ′ , ε 3 ′ , k ′ 显示相同的变异。在卸载阶段与围压有关, ε 1 ′ 总是保持最低。 ε 1 ′ > ε 3 ′ > k ′ 加载过程中总是保持相同的轴向压力加载速率,然后呢 ε 1 ′ 总是大于与围压卸载阶段。变化的振幅 ε 1 ′ 和 k ′ 并不重要。 ε 3 ′ 总是不断增加,但变化幅度也不是很大。