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摘要
随着开采强度和能源需求的增大，煤矿开采深度逐年递增，煤与瓦斯突出等动力灾害愈加频繁，强度也越来越大。瓦斯水合固化防突技术通过中高压注水和向水中添加有利于水合物形成的促进剂的方法，使煤层中大部分瓦斯气体转变为固态水合物，从而促使煤层赋存瓦斯气体压力降低，同时水合物的生成提高了煤体强度，理论上可减弱或消除煤与瓦斯突出危险性。瓦斯水合固化后突出煤体力学性质测定是瓦斯水合固化技术应用的关键问题之一。此外，大范围煤炭开采对采掘空间煤岩体形成反复扰动，加卸载条件对含瓦斯水合物煤体力学性质影响较大。鉴于此，笔者开展常规三轴、卸围压下含瓦斯水合物煤体应力-应变特性研究，为瓦斯水合技术在煤与瓦斯突出防治的应用提供一定的理论依据。首先，采用含瓦斯水合物煤体原位生成与力学性质测定一体化装置在3种围压(12,16,20 MPa)和2种饱和度(50%,80%)下开展了含瓦斯水合物煤体常规三轴试验，根据常规三轴试验得到的峰值强度确定卸围压起始轴向应力，之后开展相同条件下含瓦斯水合物煤体卸围压试验。结果表明，相同围压下，较高含水量煤样具有较大的饱和度；卸围压条件下含瓦斯水合物煤体应力-应变曲线与常规三轴条件下具有显著差异，常规三轴条件下应力-应变曲线呈应变硬化型，而卸围压开始后应力-应变曲线会经历一个应力平台阶段；卸围压条件下含瓦斯水合物煤体能承载的最大应力较低；应力平台时间随围压和饱和度的增加近似线性增大，并且围压和饱和度越小，应力平台持续时间越短，煤体越易发生破坏；建立了饱和度和围压对应力平台持续时间耦合影响的多元线性回归方程，并对方程进行了检验，取得了较高的拟合度；卸围压条件下煤样破坏形式以剪切破坏为主、伴随劈裂破坏；随着围压增大，煤样破坏更为显著。相比于常规三轴下的含瓦斯水合物煤体，卸围压下含瓦斯水合物煤体能承载的最大应力较小，其破坏更具突然性、更易发生、破坏程度也更为剧烈。围压和饱和度越大，煤样应力平台持续时间越长，即煤岩发生破坏失稳前的时间越长，较难发生煤与瓦斯突出等动力灾害。
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单位建筑工程学院; 黑龙江科技大学
