一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法技术

本发明专利技术提供一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法，是通过包括三轴压力室、加载装置、数据测量采集装置和注气装置的试验装置实现，所述试验装置还包括扰动装置，所述扰动装置包括扰动杆，所述扰动杆连接激振器；所述研究方法包括：加工煤岩试件，使其高径比为2:1；将应力应变传感器贴于煤岩试件表面并套上热缩管后放入三轴压力室；开启注气装置，在三轴压力室中充入瓦斯直至煤岩试件达到吸附平衡，以模拟煤岩试件真实的现场赋存情况；按设定参数对煤岩试件施加轴向荷载、径向荷载以及轴向扰动，直至试件破坏，监测该过程中的应力应变值和瓦斯流量值，获得不同振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律。

Experimental research method of seepage law of gas coal rock under vibration unloading condition

The present invention provides a vibration testing method on the permeability of coal containing gas under the condition of unloading, is achieved through the test device comprises a pressure chamber, three axial loading device, data acquisition device and gas injection device, the test device also comprises a disturbance device, the device comprises a disturbance disturbance rod, the disturbance connecting rod vibrator; including the method of processing coal rock specimen, the ratio of height to diameter is 2:1; the stress and strain sensor attached to the coal rock specimen surface and a heat shrinkable tube into three axial pressure chamber; open the gas injection device, three axis in the pressure chamber is filled with until the coal gas adsorption equilibrium specimens to simulate coal rock scene occurrence true; according to the set parameters of coal rock specimens applied axial load, radial load and axial disturbance, until the specimen, the process monitoring. The stress and strain values and gas flow values are obtained to obtain the permeability law of gas containing coal under different vibration unloading conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法
本专利技术涉及煤矿开采
，具体涉及一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法。
技术介绍
深部煤炭资源地质环境复杂，煤层渗透性低，地应力、瓦斯压力巨大，在进行煤炭资源开采时容易造成瓦斯动力事故的发生。未经开采的原始煤岩在地应力、构造应力的作用下处于应力平衡状态，开采等工程扰动作用导致煤岩体所受荷载在时间与空间上发生变化，煤岩体内部应力重新分布，产生不可恢复的新生裂纹并持续扩展，最终形成贯通裂隙使整体失去完整性，在宏观上表现为变形、破坏、失稳等现象；开采扰动同时使煤岩体的渗透特性也随之发生变化，煤岩体渗透特性直接影响着瓦斯的运移和积累，导致局部区域瓦斯压力的变化，煤岩体强度也随之发生变化。以上过程呈现出煤岩体应力场-渗流场耦合作用特征。在考虑开采扰动对煤岩体渗透特性影响的研究中，多数假定煤岩体处于单轴或三轴的应力应变环境，以卸径向载荷为试验条件。蒋长宝等运用自制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置，进行了含瓦斯煤岩卸径向载荷瓦斯渗流试验，研究其卸径向载荷过程中的变形和瓦斯渗流特性。尹光志等利用自行研制的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置”，进行不同初始径向载荷和不同瓦斯压力组合条件下，不同卸径向载荷速度对含瓦斯煤岩力学和瓦斯渗流特性影响试验研究。黄启翔等应用MTS815力学试验机，对典型煤与瓦斯突出矿井松藻矿务局打通一矿突出煤层原煤制备的型煤试件分别进行型位移控制与力控制卸径向载荷试验研究。孙光中等针对含瓦斯煤轴向载荷恒定卸径向载荷渗透性演化规律，以新登煤业原煤样为研究对象，利用自主研发的含瓦斯煤岩三轴应力蠕变渗流试验装置，开展不同径向载荷下轴向应力恒定卸径向载荷渗流测试试验。以上关于煤岩体渗透特性的研究中，并没有考虑动静荷载组合作用对煤岩体渗透特性的影响。而在真实的开采环境下，煤岩不仅受到内部静荷载的影响，还要受到如顶板断裂等动荷载的影响，以及爆破、采掘机采掘作业等工程扰动类动荷载的影响。采掘机等振动作业作用于煤体后，将增加煤岩体应力，改变煤岩体应力状态，主要是改变了煤体骨架的受力状态，原因是振动产生衰减的应力波能够加快瓦斯分子的无规则运动，并且对煤体骨架产生直接的挤压作用，进而产生了孔隙压缩应变、吸附膨胀应变、挤压应变。在现有的研究中，大多研究了动静组合加载下煤岩体宏观的力学特性，对于动静组合加载下含瓦斯煤岩渗透特性还鲜有研究。以上关于开采扰动对煤岩体渗透特性影响的研究中，也没有考虑开采方式的影响。事实上，在不同开采方式下，工作面前方煤岩体经历了从原岩应力、轴向应力升高而径向载荷递减到破坏卸荷的完整采动力学过程。不同的开采方式对应不同的应力路径，会产生不同的煤岩体应力分布和演化，进而影响裂隙网络的发育和渗透率的改变，单纯的卸径向载荷并不能模拟真实的开采环境。在现有的研究当中，较少考虑开采方式、工程扰动对煤岩体渗透特性的影响。谢和平等通过分析放顶煤开采、无煤柱开采、保护层开采这三种不同开采方式下工作面支撑压力的分布规律，探索了真实开采条件下含瓦斯煤岩裂隙场、应力场、渗流场的特征差异。在试验方案设计中，利用轴向压力模拟支撑应力，径向载荷的变化模拟水平应力，通过施加不同比值轴向载荷与径向载荷的荷载来模拟三种不同的开采方式。以上研究虽然考虑了不同的开采方式对含瓦斯煤岩渗透特性的影响，但是并没有考虑到振动的影响，并且试验过程复杂。本文在已有研究成果的基础上，提出一种新的含瓦斯煤岩在不同开采方式下渗透试验方法，更能贴近工程实际情况，研究成果能够有效地指导煤与瓦斯共采。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法，可仿真模拟真实的开采情况，为科学分析含瓦斯煤岩渗透特性奠定基础。本专利技术的技术方案为：一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法，是通过包括三轴压力室、加载装置、数据测量采集装置和注气装置的试验装置实现，所述试验装置还包括扰动装置，所述扰动装置包括扰动杆，所述扰动杆连接激振器；所述研究方法包括以下步骤：（1）加工煤岩试件，使其高径比为2:1；（2）将应力应变传感器贴于煤岩试件表面并套上热缩管后放入三轴压力室；（3）开启注气装置，在三轴压力室中充入瓦斯直至煤岩试件达到吸附平衡，以模拟煤岩试件真实的现场赋存情况；（4）按设定参数对煤岩试件施加轴向荷载、径向荷载以及轴向扰动，直至试件破坏，监测该过程中的应力应变值和瓦斯流量值，获得不同振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律。上述方法中，所述扰动杆设置于所述加载装置的上压头中部。一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法，是通过包括三轴压力室、加载装置、数据测量采集装置和注气装置的试验装置实现，所述试验装置还包括扰动装置，所述扰动装置包括扰动杆，所述扰动杆连接激振器；所述研究方法包括以下步骤：（1）加工煤岩试件，使其高径比为2:1；（2）将应力应变传感器贴于煤岩试件表面并套上热缩管后放入三轴压力室；（3）开启注气装置，在三轴压力室中充入瓦斯直至煤岩试件达到吸附平衡；（4）按设定参数对煤岩试件施加轴向荷载、径向荷载以及轴向扰动；（5）按照轴向荷载加载速率和径向荷载卸载速率之比为1.5:1对煤岩试件施加加卸载，以模拟煤岩试件的初始扰动阶段；（6）根据保护层开采、放顶煤开采、无煤柱开采这三种开采方式的应力集中系数范围，分别设定所述三种开采方式的轴向荷载加载速率和径向载荷卸载速率之比，对试件施加加卸载直至试件破坏，监测该过程的应力应变值和瓦斯流量值，获得不同开采方式、不同振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律。上述方法中，所述扰动杆设置于所述加载装置的上压头中部。本专利技术的有益效果在于：本专利技术可测试扰动荷载前后及其过程中含瓦斯煤岩的渗透规律，更加逼近真实的开采条件，并且使试验操作过程更加方便。此外，本专利技术还考虑了开采方式对含瓦斯煤岩渗透特性的影响，用轴向加载速率与径向卸载速率的比值来表征保护层开采、放顶煤开采、无煤柱开采这三种不同的开采方式，能够真实地反映不同开采路径下煤岩不同的应力分布以及渗透特性。附图说明图1为本专利技术实施例中采用的试验系统的结构示意图，其中，1-三轴压力室，2-加载装置主油缸，3-油泵，4-瓦斯气瓶，5-扰动杆，6-激振器，7-煤岩试件。图2为本专利技术实施例1中组①的应力值/渗透率对应变值的双Y-X曲线图。图3为本专利技术实施例1中组②的应力值/渗透率对应变值的双Y-X曲线图。图4为本专利技术实施例1中组③的应力值/渗透率对应变值的双Y-X曲线图。图5为本专利技术实施例1中组④的应力值/渗透率对应变值的双Y-X曲线图。图6为本专利技术实施例2中组[1]的应力值/渗透率对应变值的双Y-X曲线图。图7为本专利技术实施例2中组[2]的应力值/渗透率对应变值的双Y-X曲线图。图8为本专利技术实施例2中组[3]的应力值/渗透率对应变值的双Y-X曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。实施例1本专利技术提供了一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法，是在如图1所示的试验装置上实现，所述试验装置包括三轴压力室1、加载装置、数据测量采集装置和注气装置，所述试验装置还包括扰动装置，所述扰动装置包括扰动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法，是通过包括三轴压力室、加载装置、数据测量采集装置和注气装置的试验装置实现，其特征在于所述试验装置还包括扰动装置，所述扰动装置包括扰动杆，所述扰动杆连接激振器；所述研究方法包括以下步骤：（1）加工煤岩试件，使其高径比为2:1；（2）将应力应变传感器贴于煤岩试件表面并套上热缩管后放入三轴压力室；（3）开启注气装置，在三轴压力室中充入瓦斯直至煤岩试件达到吸附平衡，以模拟煤岩试件真实的现场赋存情况；（4）按设定参数对煤岩试件施加轴向荷载、径向荷载以及轴向扰动，直至试件破坏，监测该过程中的应力应变值和瓦斯流量值，获得不同振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律。

【技术特征摘要】
1.一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法，是通过包括三轴压力室、加载装置、数据测量采集装置和注气装置的试验装置实现，其特征在于所述试验装置还包括扰动装置，所述扰动装置包括扰动杆，所述扰动杆连接激振器；所述研究方法包括以下步骤：（1）加工煤岩试件，使其高径比为2:1；（2）将应力应变传感器贴于煤岩试件表面并套上热缩管后放入三轴压力室；（3）开启注气装置，在三轴压力室中充入瓦斯直至煤岩试件达到吸附平衡，以模拟煤岩试件真实的现场赋存情况；（4）按设定参数对煤岩试件施加轴向荷载、径向荷载以及轴向扰动，直至试件破坏，监测该过程中的应力应变值和瓦斯流量值，获得不同振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律。2.一种振动卸荷条件下含瓦斯煤岩渗透规律试验研究方法，是通过包括三轴压力室、加载装置、数据测量采集装置和注气装置的试验装置实现，其特征在于所述试验装置还包括扰动装置，所述扰动装置包括扰动杆，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋洋，祝白茹，王华庆，吴贝宁，董泽，李征，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21