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题名超前工作面采动煤体损伤与孔裂隙结构演化特征研究
被引量：1
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作者
张通
谢志争
袁亮
唐明
郑凯歌
张村
毛钧林
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机构
安徽理工大学安全科学与工程学院
安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室
合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室)
中煤科工西安研究院(集团)有限公司煤炭科学研究总院西安研究院
中国矿业大学(北京)能源与矿业学院
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出处
《煤炭学报》
CSCD
北大核心
2024年第S2期981-994,共14页
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基金
国家自然科学基金资助项目(42477201)
安徽省优秀青年基金资助项目(2022AH030086)
安徽省高校科学研究重大资助项目(KJ2021ZD0050)。
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文摘
我国大型盆地中赋存丰富的煤与煤层气资源,煤层开采扰动原始应力场、裂隙场,影响煤层气运移分布及工程抽采。利用研制的低场核磁共振真三轴试验系统,开展煤层开采扰动煤体应力-裂隙-损伤演化试验,监测载荷过程中T2谱、MRI信号变化及瓦斯抽采状况,分析不同区域煤体孔隙结构强度、损伤程度、孔隙裂隙分布与连通性的载荷响应规律。研究表明:煤体孔隙、裂隙由吸附孔(0~0.1μm,60%~74%)、渗流孔(0.1~1μm,26%~29%)和运移孔(>1μm,0%~13%)构成;载荷煤体经历了弹性、弹-塑性、塑性、损伤阶段,弹性—塑性—损伤阶段煤体孔隙度分别为4.9%—2.62%—3.1%(原岩应力区域)、2.46%—1.45%—1.8%(峰值前区域)、2.57%—1.03%—1.95%(工作面区域),煤体损伤前吸附孔向渗流孔、运移孔转变,煤体损伤过程吸附孔和运移孔向渗流孔转变,孔裂隙结构连通性增强;原岩应力区域至工作面区域煤体吸附孔、渗流孔的非均匀性、各向异性增强,运移孔的连通性与均匀性增强,孔隙度载荷响应逐渐增加,孔隙扩张、节理裂隙等显著发育,吸附孔、渗流孔及渗流孔-运移孔主导了原岩区、峰值区及工作面区煤体孔隙、裂隙变化;原岩区域煤体孔裂隙发生压缩与扩张变化形成吸附型瓦斯解析-渗流通道,峰值区域煤体剪切裂隙、拉伸裂隙充分发育形成吸附-渗流-运移型瓦斯分布通道,工作面区域煤体出现大尺度剪切裂隙且拉伸裂隙间连通性加强,形成瓦斯渗流-运移通道。瓦斯抽采过程中超前工作面瓦斯抽采经历了稳定期(原岩区域吸附-解析型瓦斯)与高峰期(峰值破损区域解析-运移型瓦斯),峰值区域煤体的破损对井下瓦斯抽采体积分数与流量产生重要影响。研究成果为煤与伴生瓦斯资源安全高效开采提供理论支撑。
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关键词
NMR在线真三轴试验
超前支承压力
煤体损伤
孔裂隙结构
瓦斯抽采
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Keywords
NMR on-line true triaxial experimental system
abutment pressure
coal damage
pore-fracture structure
gas extraction
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分类号
TD712.6
[矿业工程—矿井通风与安全]
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