卸轴压起始载荷水平对含瓦斯煤样力学特性的影(2)

以肥煤制作的型煤试件为研究对象,对其在一定围压和瓦斯压力下的三轴压缩力学特性、不同起始应力点卸轴压时的力学特性进行了试验研究。结果表明: 三轴压缩试验型煤试件的变形特点、 变形阶段分布与原煤非常相似,而尤以压密阶段和线弹性阶段为最; 卸轴压过程中,煤样的变形特性呈非线性特点; 随着起始应力点的升高,煤样变形的非线性呈增加趋势, 卸轴压过程中的平均弹性模量呈下降趋势,瓦斯压力对煤样变形的影响呈增加趋势。

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煤炭学报2012年第37卷

用的影响后如何演化显得十分重要。

国内外在此方面的研究多集中在煤样全应力应

蠕变过程中煤样内瓦斯流变过程中的瓦斯渗流特性、

和含瓦斯煤样单、三轴压缩力学特性

方面的研究，这些研究成果对于掌握煤样的力学特性动特性

［4－8］

［9－12］

煤有关特性的研究所得结果仅是在数量级上存在差

别，而基本规律具有较强的一致性。取自典型保护层开采后卸压释放后的被保护层内的新鲜煤样运至实验室，经过粉碎机粉碎、筛选设备筛选后，选取颗粒度在控制含水率的前提下加在40～60目的煤粉颗粒，

不加任何黏结剂条件水制得制备型煤试件所需煤粉，

下制作型煤试件，其目的是防止加入的黏结剂影响煤

样内原始结构而影响煤样性质。根据经验，取适量煤粉加入型煤加工模具中，在轴向压力200kN条件下保持轴压力20min，然后进行脱模制得标准型煤试件，如图2所示

。

具有重要意义。但含瓦斯煤样在卸轴压条件下的力

学性质演化规律的研究，至今仍为学术研究领域的新热点。因此，本文以某矿肥煤制作的型煤试件为研究对象，对其在不同起始应力点卸轴压过程中含瓦斯煤样力学特性规律进行了试验研究，其研究结果可以为卸压瓦斯抽采及煤与瓦斯共采提供理论支持。

1

1.1

试验准备

实验设备

试验在重庆大学西南资源开发与环境灾害控制工程教育部重点实验室进行。设备为自行设计开发，该的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置

设备主要由伺服加载系统、三轴压力室、水浴恒温系统、孔压控制系统、数据测量系统和设备辅助系统等6部分组成。该设备可提供最大轴压100MPa、最大围压10MPa、最高加热温度为100℃、适合试件尺寸为符合国家岩石力学学会规定的标准试件：50mm×100mm。该设备可以模拟进行地应力、瓦斯压力、地温等对煤样渗透率影响研究，还可实现含瓦斯煤的三轴力学特性、蠕变特性等的研究，如图1所示

。

Fig.2

图2

型煤加工设备及制得试件

［13－14］

Processingequipmentofbriquetteandsamples

1.3实验方案

为了保证主应力的方向，卸轴压试验过程中载荷

应满足轴压大于围压；为了保证煤样试件内瓦斯气体能够在试件内流动而不从试件侧壁溢出，除在试件侧壁均匀涂抹硅橡胶层外，还应满足围压大于瓦斯压力的条件。选择具有代表意义的卸轴压起始应力点作为研究卸轴压对含瓦斯煤样力学特性影响的关键。根据在选定的围压6.0MPa、瓦斯压力2.0MPa条件下的三轴压缩煤样应力应变特性曲线，选定卸轴压起15.3，17.8MPa，始应力点分别为12.8，卸轴压直至略大围压值6.0MPa，每种条件下进行3块试件的实

图1Fig.1

含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置

验研究，用以研究此过程中煤样应力应变变化演化关系，过程中持续通恒定瓦斯压力2.0MPa的瓦斯。

Triaxialservo-controlledseepageequipmentforthermo-fluid-solidcouplingofcoalcontainingmethane

2

2.1

1.2

试验用样制备

保护层开采后，处于有效保护范围内的被保护层

［15－16］

卸轴压起始载荷对含瓦斯煤样变形特性的

影响

含瓦斯煤三轴压缩力学特性

，将产生较强的卸压、释放作用这将导致被保护

煤层结构更加复杂和破碎，故而利用此种情况下的原煤直接制作试验用标准煤样，成功的可能性将极低。因此，本文试验均采用经二次加压成型的型煤试件进行试验研究。前人研究成果表明：型煤试件可以代替原煤试件进行含瓦斯煤力学性质和渗透特性的研究，根据研究结果，利用型煤试件与原煤试件进行含瓦斯

为了获得该批由肥煤制作的型煤试件的三轴压

缩力学特性，进行了围压6.0MPa、瓦斯压力2.0MPa条件下的含瓦斯煤三轴压缩实验研究，并得到了该种含瓦斯煤样的典型应力应变特性曲线，如图3所示。

分析图3可知：

（1）与煤岩体典型三轴压缩应力应变曲线相似，由肥煤制得的含瓦斯煤样的三轴压缩应力应变曲线