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摘要
为探究含瓦斯煤的强度劣化机制,利用自主研制的含瓦斯煤气-固耦合试验系统进行不同初始瓦斯压力下煤体单轴压缩试验,借助SEM、高压压汞、低温液氮吸附法及微焦点CT扫描系统表征含瓦斯煤的孔、裂隙等结构,分别阐述不同瓦斯赋存状态对孔、裂隙的力学和非力学效应,揭示了含瓦斯煤孔、裂隙破坏与宏观强度损失的内在联系。结果表明:煤体平均单轴抗压强度的劣化程度随初始瓦斯压力的升高而升高;多手段联合表征煤体孔隙结构及孔径分布,发现含瓦斯煤裂隙结构发育不明显,孤立孔隙占比较大,两者连通性差,不利于瓦斯渗流;联合表征煤体孔隙结构及孔径分布的方法,可校正微孔及过渡孔或因样品尺寸导致大孔存在"屏蔽效应"和高压阶段煤基质"压缩效应"或孔裂隙破坏带来的误差;吸附态瓦斯分别通过非力学作用和膨胀应力的力学作用,以及游离态瓦斯对煤体的气楔效应致使微元体破裂与失效;构建了基于微细观角度的含瓦斯煤力学性质劣化与宏观强度损失的数学模型,由模型可得,瓦斯作用导致摩尔应力圆圆心向左偏移,摩尔-库仑强度包络线向右偏移,内聚力变小,最终导致煤体宏观强度的损失。
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