含瓦斯砂岩卸围压变形特征与渗透规律试验研究

作者：张东明; 郑彬彬; 张先萌; 齐消寒; 白鑫

来源：岩土力学, 2017, 38(12): 3475-3483+3490.

DOI：10.16285/j.rsm.2017.12.011

• 采矿工程
• 瓦斯
• 砂岩
• 卸围压
• 渗透率模型

为研究含瓦斯砂岩卸荷破坏过程中的变形及渗流规律,采用自主研发的含瓦斯煤热-流-固耦合渗流伺服试验系统,开展了不同围压和相同瓦斯压力条件下的卸围压渗流试验,建立了基于应变指标的瓦斯渗流模型。得出的主要结论有:（1）含瓦斯砂岩破坏表现出明显的脆性特征,峰值应力点后瞬间,应力、应变及流量均出现突跳;（2）应力-应变及渗透率变化呈现明显的阶段性特征:孔隙、微裂隙压密及弹性变形阶段（Ⅰ、Ⅱ阶段）,砂岩渗透性为0;卸荷屈服阶段（Ⅲ阶段）,产生新的损伤,渗透性小幅增加;卸荷破坏应力跌落阶段（Ⅳ阶段）,应力突降,应变陡增,裂隙贯通后渗透性陡增,是渗透性主导阶段;破坏后阶段（Ⅴ）,应力、应变及流量变化均趋于稳定;（3）含瓦斯砂岩破坏阶段,受气体压力和泊松效应影响,使径向应变和体积应变远大于轴向应变;（4）含层理砂岩卸荷破坏形式以产生沿层理面方向的张剪混合裂缝为主。基于Kozeny-Carman方程和裂隙流理论,建立了应变相关渗透率模型,揭示了含瓦斯砂岩损伤破坏渗流机制,对研究瓦斯突出、及在破断岩体中的运移规律及抽采孔优化设计等具有借鉴意义。

• 单位
  重庆大学; 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室