三轴压缩下含瓦斯煤的能耗与渗流特性研究
东大煤矿3^#煤层瓦斯赋存规律研究
东大煤矿3^#煤层瓦斯赋存规律研究常杰【摘要】煤层埋藏深度、围岩性质、地质构造是决定煤层瓦斯含量的主要因素,通过统计分析东大矿井地勘钻孔实测的瓦斯含量值和瓦斯地质条件,结合相邻矿井地面钻孔和井下实测瓦斯含量的修正系数,确定矿井原煤瓦斯含量以及埋深与原煤瓦斯含量的关系,并分析了地质构造和围岩对瓦斯含量的影响,为今后矿井开拓揭煤和瓦斯治理提供了依据。
%Seam burial depth,surrounding rock characteristic and geological structure are the main factors to determine the seam gas content.By analysis of gas content and gas geological conditions by field drilling exploration in Dongda Colliery,the author determines the gas content of raw coal and the relation between burial depth and gas content according to the correction coefficient of gas content obtained from surface boreholes in adjacent well and underground field survey,and analyzes the influence of geological structure and surrounding rock on gas content,which provides a basis for future seam uncovering and gas control.【期刊名称】《江西煤炭科技》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】2页(P12-13)【关键词】瓦斯赋存;瓦斯含量;规律;研究【作者】常杰【作者单位】山西东大能源有限公司,山西沁水048202【正文语种】中文【中图分类】TD712.2东大煤矿由山西东大能源有限公司开发建设，位于晋城市西北方向约40 km处，隶属沁水县郑庄镇、端氏镇管辖。
气水两相流实验研究
气水两相流实验研究李义贤辽宁工程技术大学力学与工程学院，辽宁阜新（123000）E-mail：lee022@摘要：煤层甲烷气藏是一种压力闭圈气藏。
煤层气-水的渗流过程只是为研究其在煤层中吸附全过程的第一步，是开采煤层气的重要环节。
本文在前人的基础上，对煤样进行气-水两相流的实验研究，通过改变煤体压力（围压、轴压、孔隙压）测得不同饱和度下的通过的气体和水的流量以得出煤体的渗透率。
通过实验得出在围压、轴压固定的情况下，单相流通过多孔介质时符合的二次函数规律，并且渗透率随着孔隙压的增加而增加。
本文的重点将放在对煤样施加不同围压时煤样的渗透规律以及煤体的相对渗透规律的研究,分析其渗透规律，进而了解煤体结构特征，为搞清煤体内部结构特性和煤层气（水）在煤层中流动机理奠定了基础。
为进行煤层气的开发、开采提供理论依据。
关键词：轴压；围压；孔隙压；饱和度；渗流中图分类号：TD1. 引言煤层气是赋存于煤层中的烃类气体，是一种高效的洁净能源，热值和成分与天然气相近，几乎不含硫化物，是常规天然气的重要接替能源。
在世界范围内其储量十分丰富，总储量超过天然气。
目前，我国对天然气需求的增长每年保持在15%以上，发展速度远远超过石油、煤炭。
据预测，我国到2010年天然气需求量将达到1000亿立方米以上，2020年需求量将达到2000亿立方米，而目前的天然气储量尚不能满足要求，煤层气将成为天然气资源的必要补充。
瓦斯的主要成分为甲烷，是一种具有强烈温室效应的气体，其温室效应为二氧化碳的22倍。
据测算，所有人类活动造成的温室效应中，20%是由甲烷引起的，而我国煤矿的甲烷占全球的35%以上，相当于荷兰全国所有温室气体的总排放量。
长期以来煤层气一直被作为煤矿生产的一种主要灾害来对待，直到20世纪70年代美国在黑勇士、圣胡安盆地煤田进行的煤层气地面开发实验的成功，才真正揭示了这一新型洁净能源的潜在经济效益和广阔前景。
20余年来，从事煤层气的勘探开发与科研活动的国家和地区将近30个，只有美国实现了产业化。
中国石油大学中国石油新疆油田分公司实验检测研
义马煤业集团股份有限公司 河南理工大学 河南工程
学院 河南大有能源股份有限公司安全监察局 河南大
1
有能源股份有限公司新安煤矿
河南能源化工集团研究院有限公司 河南省低渗突出 1
煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心
中国矿业大学 河南理工大学 淮南矿业集团有限公司
安徽理工大学 淮北矿业集团有限责任公司许疃煤矿
3
冻结钻孔环形空间无害化封堵材料及关键
62
冯旭海 田 乐 高晓耕 王建平 刘书杰
北京中煤矿山工程有限公司
3
技术研究
煤层气（煤矿瓦斯）地面抽采井智能排采
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潘 军 李亚娣 王占峰 赵恒平 王 刚
万普隆能源技术有限公司
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系统的研究及应用
干旱荒漠化地区矿井水综合利用与矿区生
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于永春 徐信增 郭玉强 刘 鑫 苏晓军
刘金峰 许培辉 王亚萌 张文越 赵 群
新疆众维低解吸多夹矸厚煤层瓦斯综合治 欧建春 岳军文 齐文跃 赵忠贤 刘 玉
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理技术
王风铭 张卫清 单成方 刘景勇 李 成
16 MZJ20 数字化煤层气钻机
卢国忠 黄为文 李 沛 杨绪仑 王建峰 张 军 董 萌 穆熙国
中国矿业大学（北京） 河北科技大学 北京劳动保护 1
技术及应用
张 帆 曹拓拓 敬复兴 王西厅 赵 康
马 耕 陶云奇 辛新平 刘 东 杨运峰
基于冲压一体化的储层缝网改造理论及实
10
兀帅东 李 锋 杨正宇 杨程涛 王洪盘
验研究及应用
蒋志刚 王进尚
傅雪海 程健维 屈争辉 汪吉林 王云刚
地勘与生产阶段煤与瓦斯突出区域预测技
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【国家自然科学基金】_煤岩变形_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
微型试验机 弹塑性本构模型 应力降 应力分布 应力与变形监测 岩石破裂过程分析系统 岩石力学 岩体破坏范围 局部化变形损伤 对掘巷 密封装置 孔隙率 孔隙压力 失稳判据 大型三维立体相似模拟实验 大分子结构 多孔介质 复杂地质条件 声发射特征 坚硬顶板 地应力场 固气耦合 围岩 含瓦斯煤样 含瓦斯煤岩 各向异性损伤 变形特性 变形 发生机理 卸压抽放 卸压 力电耦合 力学指标 前兆效应 分形维数 全应力-应变过程 全应力-应变曲线 上保护层 三轴压缩 三维显微ct
推荐指数 4 4 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74
尺寸效应 孔隙结构 失稳准则 大尺度采空区 多孔介质 均生函数模型 围压效应 含瓦斯煤 各向异性损伤 卸荷 卸压带 单轴压缩 动力失稳 动力变质 力电耦合 冲击矿压 内时理论 三轴测试 三维蠕变模型 weibull分布 ct技术 ae特征参数
科研热词 采矿工程 单轴压缩 煤岩 电磁辐射 煤与瓦斯突出 声发射 含瓦斯煤 冲击矿压 饱和含水煤岩 非线性 震动波 震动效应 防治原理 镜质组 采动裂隙 透气性 轴向应力 试验 解吸 被保护层 膨胀效应 能量耗散 稳定性 离心分离 破裂过程 破碎围岩环境 矿震 石门 相似模拟 瓦斯运移 瓦斯渗透性 瓦斯吸附 瓦斯 煤岩破坏 煤岩动力灾害 煤岩体 煤层透气性 煤层气 渗流速度 消突 气固耦合模型 构造煤 构造变形作用 极薄保护层 松动范围监测 有效围压 数值模拟 数值分析 损伤方程 急斜特厚煤层 急倾斜煤层 微震
瓦斯重点
广义：井下除正常空气的大气成份以外，涌向采矿空间的各种有毒、有害气体总称。
狭义：煤矿生产过程中从煤、岩内涌出的，以甲烷为主要成份的混合气体总称。
煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的 生物化学阶段 煤化变质阶段 煤层瓦斯赋存状态① 游离瓦斯②吸附瓦斯③ 水合物状态瓦斯煤层瓦斯垂向分带规律形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。
四带： CO2- N2带、N2带、N2—CH4带、CH4带。
现场实际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。
瓦斯赋存的垂直分带性划分的意义？掌握本煤田煤层瓦斯垂直分带的特征，是搞好矿井瓦斯涌出量预测和日常瓦斯管理工作的基础。
规律：① 瓦斯风化带内涌出量与深度之间无规律性。
② 瓦斯风化带内，无突出危险性。
③ 在CH4带内， 瓦斯风化带下部边界的确定在瓦斯风化带开采煤层时，煤层的相对瓦斯涌出量达到2-3m3/t煤层内的瓦斯组分中甲烷组分含量达到80%（体积比）煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa煤的瓦斯含量达到2～3 m3/t （烟煤）和5～7 m3/t （无烟煤）影响瓦斯风化带的深度的因素：含煤地层排放瓦斯时间越长，瓦斯风化带越深；地质错动程度越高，煤层排放瓦斯的不均匀性和排放深度就越大；剥蚀过程使含煤地层无瓦斯风化的范围减小或局部消失；煤层之上的覆盖层阻碍瓦斯风化带的进一步扩大；煤的孔隙率与煤的破坏程度的关系☆未受构造应力破坏的煤微孔达 80% ～ 90%，大孔很少，无外生裂隙。
煤层瓦斯含量大，但瓦斯涌出量不大，涌出速度慢，涌出时间长。
☆破坏型煤各种孔均存在，随着煤的破坏程度增大而增加。
游离瓦斯含量高，易涌出，衰减快，可能发生突出。
☆构造煤在地应力作用下，煤破碎成〈0.1mm 的煤粒，再被压成煤砖状。
各类孔均存在，瓦斯含量高，卸压后，f ，瓦斯涌出量 ,易突出。
煤层气井壁坍塌破裂准则研究
ｉｇｐｅｓｒ ｏ １ ｅｍ ｉ Ｑｎｈ ｉ ａｉ． ｅｐａｔａ ｅｐｒ ｎｅ ｏ ａ ｗ ｅ ｒｃｅ－ｒｇｒ ｒｅ ’ ｎ ｒ ｕ ｏ Ｎ ．５ｓａ ｉｓｕ ｂｓ Ｔ ｒ ｉ ｘｅ ｅｃｓ ｈｗ ｔ ｔ ｈｎＤｕｋｒ ａｅ ｉ ｒ ｓｅ ｆ ｎ ｎｈ ｃｃ ｌ ｉ ｓ ｈ Ｐ ｃｔｉ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅｐ ｐ ｒｉｔ ｄ ｃ ｓｔｒｅｆｉ ｒ ｒ ｅ ａｃ ｍｍｏ ｌ ｓｄ ｉ ｔｄ ｉｇｓａ ｉｔ ｆｓ ｅ ａ ｆ ｅ１ ｓｒ ｃ ： ｈ ａ ｅ ｒ ｕ ｅ ｈｅ ｌ ｅｃ ｔｒ ｏ ｎｏ ａｕ ｉ ｉ ｎｙｕ ｅ ｎｓｕ ｙｎ ｔｂｌ ｏ ｉ ｗ ｌ ｏ ｌ． ｉ ｙ ｄ ｌ ｗ
践。
关 键词 ：岩 石破 坏 准则
Ｄ ｕｋｒ ｒ ｅ 准则 煤层 气井壁稳 定 ｒｃｅ－ ａ ｒ Ｐｇ
坍塌 压力
Ｓｕ ｙ ｏ ｒ ｅ ａ ｆｒＪ ｄ ｉｇ Ｃ ｌ ｐ ｅ Ｆ ｉ ｒ ｆＣ Ｍ ｅｌＳｄ ｗ ｌ ｔｄ ｆＣ ｔｒ ｏ ｕ ｇｎ ｏｌ ｓ ａｌ ｅ ｏ Ｂ Ｗ ｌ ｉｅ ａｌ ｉ ｉ ａ ｕ
ｆ ｍ ｕｉ ｉ ｓ ． ｅｔａｉ ｓ ｄｃｔ ｔａ ａ ｌ ｏｆ ｉ ｒ ｓｒ ３ Ｐ ）ｔｅｃａ／ ｃ ｈｗ ｅｉ ｒ ｎａ ａ ｔ ｔ Ｔ ｉｘ ｌｅｔ ｉ ｉ ｅ ｈｔ ｔｏ ｃｎ ｎｎ ｐ ｓ ｅ（ Ｍ ａ ｈ ｏＬｒ ｋｓｏ ｖ－ ｏ ｘ ｅｓ ｈ ｒ ａ ｔ ｓ ｎ ａ ｗ ｉ ｇ ｅ ｕ ｌ ｏ
UDEC下保护层开采裂隙演化及瓦斯渗流规律
UDEC下保护层开采裂隙演化及瓦斯渗流规律高保彬;李回贵;王洪磊【摘要】为了研究中远距离下保护层开采后的裂隙演化与瓦斯渗流规律,运用UDEC 4.0离散元数值模拟软件,以郭庄矿为研究对象对中远距离下保护层开采后的裂隙演化与瓦斯渗流规律进行了数值模拟研究,并进行了现场验证.模拟结果较好地再现了中远距离下保护层开采过程中上覆岩层裂隙的发育情况和发育程度,揭示了被保护层瓦斯压力和瓦斯流量的变化规律.现场结果表明,中远距离下保护层开采过后,瓦斯压力降低了0.5 MPa;瓦斯含量降低了5.25m3/t;透气性系数增加到了原来的600多倍.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(032)005【总页数】5页(P518-522)【关键词】保护层开采;裂隙演化;瓦斯渗流;UDEC;中远距离【作者】高保彬;李回贵;王洪磊【作者单位】河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学深部矿井建设重点学科开放实验室,河南焦作454000;河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TD712.53我国是煤炭资源大国，煤炭资源在我国占主导地位，随着经济的持续发展，对煤炭的需求量也在不断地增长，导致开采深度和开采规模不断地扩大，由此造成一系列的煤与瓦斯突出事故不断地增加，这给煤矿安全生产造成了严重的威胁，给矿工及其家属造成了巨大的心灵伤害，对社会稳定和经济发展产生了巨大的影响[1-3]．保护层开采是防治煤与瓦斯突出最经济、有效的措施[4]．下保护层开采之后，上覆岩层会出现破裂、跨落和弯曲的现象，使上覆岩层的裂隙大量增长，地应力和保护层瓦斯压力得到有效释放，煤层的透气性系数会成倍的增长，从而可以达到消除被保护层瓦斯突出危险．保护层开采引起的采动裂隙发育和瓦斯渗流规律是保护层开采瓦斯治理的基础和关键[5]，因此，运用数值模拟研究下保护层开采后上覆岩层裂隙发育情况和瓦斯渗流规律对保护层开采瓦斯治理非常重要．国内众多学者对煤岩体的裂隙发育特征、瓦斯流动规律进行了深入研究．刘桂丽等运用UDEC 3.1对采空区上覆岩层裂隙发育情况进行了数值模拟研究[6]．金龙哲等运用CFD对采空区瓦斯渗流规律进行了数值模拟研究[7]．石必明等运用RFPA软件对保护层开采上覆煤层变形特性和煤岩破裂特征进行了数值模拟研究[8-9]，并对数值模拟与现场测定结果进行了对比分析．刘洪永利用COMSOL和FLAC3D 对远程采动煤岩体变形与卸压瓦斯渗流进行了研究[10]．潘宏宇等在采动影响下对卸压瓦斯渗流规律进行了相似模拟研究，总结出了卸压瓦斯的渗流规律[11]．郝志勇等运用UDEC对保护层开采覆岩移动规律进行了数值模拟研究[12]．蒋长宝等对含瓦斯煤岩体卸围压变形特征与瓦斯渗流进行了试验研究[13]．彭永伟等运用FLAC3D对采动裂隙演化与瓦斯渗流耦合规律进行了数值模拟研究[14]．张燕等采用相似模拟和数值模拟方法，对不整合地层下煤层开采覆岩裂隙场的发育特征进行了研究，认为裂隙带最终会形成“左高右低”的非对称马鞍形[15]．综上所述，大量的学者对采动煤岩体裂隙发育与瓦斯渗流进行了研究，并取得了丰硕的成果，促进了煤矿的安全高效生产，但是运用UDEC对保护层开采之后上覆岩层裂隙演化规律及演化过程中的瓦斯渗流特性进行研究的还鲜有报道，因此，笔者以晋煤集团郭庄矿为工程背景，运用UDEC 4.0数值模拟软件对中远距离下保护层开采后，上覆岩层裂隙演化规律及裂隙演化过程中瓦斯渗流规律进行研究．山西晋煤集团泽州天安海天煤业有限公司位于晋城市西南约23 km处的川底乡郭庄村一带，行政区划隶属于泽州县川底乡管辖，是由泽州海天实业有限公司郭庄煤矿兼并重组整合而成，主体为山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司．郭庄矿可采煤层为3号煤、9号煤和15号煤，3号煤与9号煤层间距为50 m，3号煤为厚煤层，厚度为5.60～8.86 m，平均为6.00 m，一般含一层夹矸，厚度为0～0.76 m，多数为高瓦斯和突出区域．9号煤为薄煤层，平均厚度为2.0 m，含夹矸0～1层，夹矸厚度一般为0.10 m，结构简单，属稳定可采煤层．因此，9号煤层具备良好的保护层开采自然条件，采用下保护层开采，可以最大限度地解放3号煤层，提高瓦斯抽放效果，消除突出危险性．3号煤与9号煤的相对位置关系如图1所示．模型以郭庄煤矿94302工作面为背景，采用UDEC 4.0数值模拟软件建立了几何模型(图2)．模型沿水平方向取400 m，沿垂直方向取60 m，采深为320 m，煤层为近水平煤层，为了更好建立模型，本模型忽略角度对模型的影响，建立了水平走向模型．根据矿区资料，模型上边界施加其上方岩层的自重应力为10 MPa．保护层采用一次采全高，分步开挖的方式，每步开挖5 m．开切巷位于距左边100 m处．为了考察瓦斯渗流的情况、煤岩下沉变化情况和应力分布情况，在模型上布置测点和测线，主要考虑是把测线及测点布置在具有特征和标志意义煤岩层中，并追踪在采动过程中该标志层内的应力分布、煤岩层下沉变形规律及煤岩中孔隙压力，流量变化．数值模拟模型中岩层的力学参数如表1所示．计算模型边界条件如下.(1)模型的左右前后4个侧面为单约束边界，施加水平方向的约束，水平方向位移为0，允许边界节点沿垂直方向运动．(2)模型底部为全约束边界，及底部边界节点水平垂直位移均为0．(3)模型载荷边界条件，根据埋深原岩自重应力作用在上部．(4)模型外边界为不可渗流边界．(5)上部突出煤层瓦斯压力为1.5 MPa，下部为0.4 MPa，定义煤层边界3 m内瓦斯压力不变．图3～图6为保护层开采过程中覆岩跨落的动态发育过程中的UDEC数值模拟结果，图7为开采过程中的下沉量变化曲线图，因篇幅有限，本文给出了推进30，60，90，120 m时的裂隙演化图，开切巷形成以后，上覆岩层悬露，直接顶受开挖而起的卸载膨胀变形，随着工作面向前逐渐推进，在采动和重力的影响下，覆岩发生变形、破裂，产生大量的裂隙．在工作面向前推进30 m时，由于采动的影响，打破了原有的应力平衡状态，围岩应力不断的变化，上覆岩层破裂产生了裂隙，随着工作面继续向前推进，直接顶自行冒落，在采动影响下，上覆岩层在主应力和剪应力作用下，不断发生破坏运动，且离层和垂直裂隙不断向上发展，当工作面向前推进60 m时，上覆岩层出现了大幅度移动，被保护层出现了大量的裂隙和孔隙，下沉量大幅度增加．当工作面继续向前推进时，上覆岩层继续呈现周期运动的特征，但在垂直方向上覆岩层裂隙发育范围趋于稳定，并且发育的范围逐渐扩大，从图3～图6可以看出，随着工作面推进距离的逐渐增大，下沉范围逐渐扩大，下沉量先是开始出现逐渐增大，而后逐渐趋于稳定．图8～图9为在保护层开采过程中，工作面推进30，60，90，120 m的瓦斯压力和瓦斯流量变化曲线对比分析图．瓦斯压力与瓦斯流量与裂隙的演化有着密切的关系，在工作面推进30 m时，卸压比较少，瓦斯流量也比较少．随着工作面进一步向前推进，在采动和重力的影响下，裂隙继续的往上发展，裂隙发育的范围逐渐扩大，瓦斯压力进一步地得到释放，瓦斯流量继续增大．随着工作面进一步往前推进，上覆岩层继续呈现周期运动的特征，但在垂直方向上覆岩层裂隙发育范围趋于稳定，瓦斯压力和瓦斯流量也趋于稳定，但是随着推进距离的增大，卸压范围逐渐的增大．为了现场考察保护层开采的效果，在94302工作面开采前后，在试验巷道内分别选择了3组试验地点，通过现场和实验室分析得到了3号煤层试验巷道在开采前后的瓦斯压力、瓦斯含量和透气性参数，9号煤层94302工作面开采后，并结合顺层钻孔预抽措施，3号煤层瓦斯压力由原来的1.51 MPa降低到0.54 MPa，瓦斯含量由原来的12.37 m3/t降低到4.12 m3/t，3号煤层试验巷道的透气性系数增加了1 000多倍．应用UDEC 4.0数值模拟软件，对下保护层开采过后，上覆岩层的裂隙演化与瓦斯渗流情况进行了数值模拟，并对其进行了现场验证，得到了以下结论.(1)通过UDEC 4.0数值模拟软件对下保护层开采进行数值模拟，可以很好的观测到裂隙的发育情况和发育程度．(2)数值模拟结果表明，下保护层开采过后，保护层瓦斯压力会得到释放卸压，瓦斯流量逐渐的增大．(3)现场结果表明，94302工作面开采过后，被保护层瓦斯压力降低了0.97 MPa，瓦斯含量降低了8.25 m3/t，透气性系数增到了原来的1 000多倍，这说明中远距离下保护层开采有利于进行瓦斯抽放，消除突出危险.【相关文献】[1] 李树清,龙祖根,罗卫东，等.煤层群下保护层开采保护范围的数值模拟[J].中国安全科学学报，2012，22(6)：34-40.[2] 马占国,赵国贞,龚鹏，等.采动岩体瓦斯渗流规律[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版,2011,30(4):47-450.[3] 高峰,许爱斌,周福宝.保护层开采过程中煤岩损伤与瓦斯渗透性的变化研究[J].煤炭学报，2011，36(12)：1979-1984.[4] 沈荣喜,王恩元,刘贞堂，等.近距离下保护层开采防冲机理及技术研究[J].煤炭学报,2011,36(增1)：63-67.[5] 张拥军,于广明,路世豹，等.近距离上保护层开采瓦斯运移规律数值分析[J].岩土力学,2010,31(增1):398-404.[6] 刘桂丽,杨跃奎,撒占友.煤矿采空区上覆岩层裂隙发育数值模拟试验[J].矿业研究与开发,2012,32(5)；75-80.[7] 金龙哲,姚伟,张君.采空区瓦斯渗流规律的CFD模拟[J].煤炭学报,2010,35(9):1476-1480.[8] 石必明,刘泽功.保护层开采上覆煤层变形特性数值模拟[J].煤炭学报,2008,33(1):17-22.[9] 石必明,俞启香,周世宁.保护层开采远距离煤岩破裂变形数值模拟[J].中国矿业大学学报,2004,33(4):259-263.[10] 刘洪永.远程采动煤岩体变形与卸压瓦斯流动气固耦合动力学模型及其应用研究[D].徐州:中国矿业大学,2011.[11] 潘宏宇,肖鹏,李树刚，等.采动影响下卸压瓦斯渗流规律物理相似模拟实验研究[J].煤炭工程,2013(2):87-90.[12] 郝志勇,林柏泉,张家山，等.基于UDEC的保护层开采中覆岩移动规律的数值模拟与分析[J].中国矿业,2007,16(7):81-84.[13] 蒋长宝,尹光志,黄启翔，等.含瓦斯煤岩卸围压变形特征及瓦斯渗流试验[J].煤炭学报,2011,36(5):802-807.[14] 彭永伟,齐庆新,李宏艳，等.煤体采动裂隙场演化与瓦斯渗流耦合数值模拟[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版,2009,28(增)：229-231.[15] 张燕,纪洪广,王金安.不整合地层下煤层开采覆岩裂隙场发育特征[J].煤炭学报,2011,36(11):1795-1780.。
不同围压下灰岩三轴压缩过程能量分析
过程中能量转换情况。文献[3]对粉砂岩试样进行常 规三轴加载， 计算岩样屈服破坏过程中的能量变化。 文献 [4] 从承载极限角度分析了高围压时峰值强度 附近出现屈服平台的原因。文献[5]分析了岩样卸围 压破坏过程的能量耗散规律， 以及能量与岩样变形、 围压之间的关系。 前人在进行能量分析计算时往往会用到岩石 力学参数，如弹性模量、泊松比等。由于受到岩石 材料结构的非均质性影响，在试验过程的各个阶段 获得的岩石力学参数会不同[4]。若能给出试验过程
（1）
2 三轴压缩试验
灰岩是一种以方解石为主要成分的结构复杂 的沉积岩，本次试验所取灰岩岩样为地下 6 500 m， 主要为碎屑结构，密度为 2.5 g/cm3。本次试验采用 由美国 Terra Tek 公司提供的岩石力学三轴应力测 试系统 RMTTS，全部试验过程均由计算机自动控 制, 可模拟地层在不同的垂直应力水平应力、孔隙 压力及温度条件下的各种岩石力学试验。将 3 组灰 岩岩样加工成直径 2.5 cm、长度 5.0 cm 的试样，两 端面在磨平机上磨平。 将试样放入压力机三轴室后， 用橡胶套密封，防止液体浸入岩样内部。然后安装 压力板和压机的其他部件，为了保证压力板向试样 表面的均匀加载，在压力板与试样之间放置一个橡 胶垫片。试样安装完毕后，由液压稳压源施加三向 围压。 3 组灰岩岩样分别在 20、30、40 MPa 的围压水 平下加载直到试样破坏，从而测定岩芯在不同围压 条件下的纵横向应变、峰值应力，计算出岩石静态 弹性力学参数。本次灰岩岩样全程应力 应变曲线 图见图 1， 曲线附近数字为围压值。 3 种围压下的试 验结果见表 1。
三轴压缩过程中由于岩样在环向对三轴压力缸中液压油做功因而岩石材料实际吸收的能量小于试验机对岩样做的功所以等围压三轴应力状态下岩样实际耗散的能量径向应变103轴向应变103不同围压下灰岩的应力应变曲线fig1stressstraincurveslimestoneunderdifferentconfiningpressures分析表的单位为mpa可换算为mjm为灰岩岩样在不同围压下应变能与应变的关系图每一种围压下进行了组数据的拟合拟合公式分别为
应力—渗流耦合作用下损伤岩石渗流特性
染，得到孔隙和裂隙模型。其流程如图 4 所示。
图 4 孔隙和裂隙可视化步骤 Fig.4 Visualization steps of pores and fractures
2021 年 6 月 第 29 卷·第 3 期 357
采选技术与矿山管理
1.4 试验方案 在进行试验前，先清理预损岩样表面，并将其
中 图 分 类 号 ：TU45 文 献 标 志 码 ：A 文 章 编 号 ：1005-2518（2021）03-0355-09 DOI：10.11872/j. issn. 1005-2518.2021.03.204 引用格式：HU Jianhua，DONG Zhezhe，MA Shaowei，et al.Seepage Characteristics of Damaged Rock Under Stress-Seepage Cou‐ pling［J］.Gold Science and Technology，2021，29（3）：355-363. 胡建华，董喆喆，马少维，等 . 应力—渗流耦合作用下损伤岩石渗 流特性［J］. 黄金科学技术，2021，29（3）：355-363.
根据岩石渗透率的大小和岩石应力—渗流耦 合渗流特性，岩石大体上可划分为 2 种：（1）渗透率
大（如 砂 岩）的 破 裂 岩 石（胡 大 伟 等 ，2010；李 文 亮 等，2017）；（2）孔隙率低的低渗透率致密岩石（如花 岗 岩 、页 岩）（黄 远 智 等 ，2007）。 对 于 高 渗 透 率 岩 石，以往研究多以砂岩为研究对象，重点分析了不 同排水条件下岩石的强度特性及损伤演化规律（王 伟等，2016；张俊文等，2019）。张培森等（2020）通 过定义损伤指标，推导出岩石损伤指标与渗透率的 关系式，揭示了渗透率随岩石损伤指标变化的演化 规律；杨秀容等（2019）以破裂石灰岩为研究对象， 分析了不同围压作用下破裂石灰岩渗透率随净围 压和渗透压的变化特性。对于低渗透率致密岩石， 以往研究多以花岗岩和页岩为研究对象，开展了三 轴 应 力 — 渗 流 耦 合 试 验（尹 立 明 等 ，2014；胡 少 华 等，2014；王伟等，2015；左宇军等，2018），分析了岩 石在应力和应变过程中渗透率的变化规律。在理
深部开采多场耦合含瓦斯煤宏细微损伤机理及裂隙动态演化规律
深部开采多场耦合含瓦斯煤宏细微损伤机理及裂隙动态演化规律1. 引言在煤矿深部开采过程中，瓦斯是一个重要的安全隐患，它不仅会引起煤矿瓦斯爆炸，还会导致矿井顶板的破坏和岩爆等问题。
因此，研究深部开采多场耦合含瓦斯煤的宏细微损伤机理及裂隙动态演化规律对于保障矿井的安全运营具有重要意义。
2. 多场耦合含瓦斯煤开采的背景深部开采多场耦合含瓦斯煤是指在深部煤矿开采过程中，存在多种场耦合效应：包括瓦斯-煤体-岩石的耦合效应、瓦斯-顶板-煤柱的耦合效应、岩层结构的变形和煤体损伤等。
这些场耦合效应的交互作用对于矿井的安全运营和瓦斯排放具有重要影响。
3. 宏观损伤机理宏观损伤机理是指在深部开采过程中，矿井的岩石结构和煤体会因为多种因素受到影响而产生损伤，表现为岩层的破裂、煤柱的变形等。
深入了解宏观损伤机理对于预测矿井的稳定性和安全开采具有重要意义。
以下为宏观损伤机理的一些主要内容：3.1 瓦斯对煤体的损伤瓦斯在煤体内部的积聚会导致煤体内部的裂隙形成和扩展，从而引起煤体的损伤。
瓦斯的渗透性和压力会对煤体的物理性质产生影响，同时也会加剧煤体的损伤程度。
3.2 顶板对煤体的损伤在深部开采过程中，顶板的压力会导致煤体的强度下降和破坏，从而引起煤柱的变形和煤层的塌陷。
因此，研究顶板对煤体的损伤机理对于矿井的安全开采非常重要。
3.3 煤柱的应力变化和损伤煤柱是煤田中相对稳定的部分，但在深部开采过程中会受到多种力的作用，从而导致煤柱的应力变化和损伤。
研究煤柱的应力变化和损伤机理对于预测矿井的稳定性具有重要意义。
4. 微观损伤机理微观损伤机理是指在深部开采过程中，岩石和煤体的微观结构会因为外界力的作用而发生变化，进而导致岩石和煤体的损伤。
以下为微观损伤机理的一些主要内容：4.1 微裂纹的形成和扩展微裂纹是岩石和煤体损伤的显著特征，它的形成和扩展会导致岩石和煤体的强度下降和破坏。
深入研究微裂纹的形成和扩展规律对于预测岩石和煤体的损伤具有重要意义。