水-瓦斯-煤三相耦合作用下煤巖強度特性及實驗研究

周 哲,盧義玉,葛兆龍,楊 楓,張欣瑋

(1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點實驗室,重慶 400030;2.重慶大學(xué)復(fù)雜煤氣層瓦斯抽采國家地方聯(lián)合工程實驗室,重慶400030)

水-瓦斯-煤三相耦合作用下煤巖強度特性及實驗研究

周 哲1,2,盧義玉1,2,葛兆龍1,2,楊 楓1,2,張欣瑋1,2

(1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點實驗室,重慶 400030;2.重慶大學(xué)復(fù)雜煤氣層瓦斯抽采國家地方聯(lián)合工程實驗室,重慶400030)

為研究煤巖在水、瓦斯共同作用下的強度特性,基于非飽和多孔介質(zhì)混合物理論及有效應(yīng)力原理,建立了含水瓦斯煤巖破壞準(zhǔn)則。通過引入基質(zhì)吸力應(yīng)力因子,并利用實驗得到基質(zhì)吸力與煤巖含水率的擬合曲線,得出水-瓦斯-煤三相耦合作用下煤巖強度與瓦斯壓力及含水率的關(guān)系式。在實驗室進行三軸壓縮強度實驗,對含水瓦斯煤巖強度理論進行了驗證。結(jié)果表明:基質(zhì)吸力是含水瓦斯煤巖強度的重要影響因素,在水與瓦斯共同作用下,煤巖峰值強度隨瓦斯壓力增加線性減小,而隨含水率增加呈指數(shù)降低。

煤巖;含水率;瓦斯;有效應(yīng)力;強度特性

目前,水力措施在煤礦、煤層氣開采中應(yīng)用廣泛,煤層注水、水力割縫、水力壓裂等水力措施對于瓦斯抽采和煤層防突有良好的工程效果[1-4]。在進行水力措施過程中,大量水進入到煤體孔隙,形成水、瓦斯、煤體三相介質(zhì),煤體物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化。

國內(nèi)外學(xué)者針對含瓦斯煤巖或含水煤巖兩相介質(zhì)的強度特性方面做……