液氮冷加载对不同节理煤样结构损伤的影响 论文

煤体的节理结构是煤层气主要存储空间和渗流通道，而煤层的低渗透性是导致煤层气开采效率低的主要原因，由于节理的角度与贯穿程度不同，使得煤体的物理力学性能产生了较大差异。为了增加煤体的渗透性，利用液氮冷加载煤体的方式对不同种类节理煤样，实验选用阜新盆地长焰煤制成50 mm×50 mm的正方体煤样。将煤样放入液氮中浸泡4 h，室温条件下放置20 h，为一个冷加载周期(T)，多周期冷加载直至煤样破裂。运用激光共聚焦显微镜、声波测试仪、单轴压缩试验机等仪器观测煤样的表面、整体裂隙损伤情况和单轴抗压强度的变化程度，揭示不同节理煤样结构在液氮低温冷加载作用下的损伤规律。研究结果发现:①贯穿型节理煤样(Ⅰpb15°,Ⅰam45°和Ⅰal60°)分别在8T，6T和7T冷加载后，煤样节理结构累积损伤达到煤岩强度极限，发生破碎;②在相同冷加载周期条件下，贯穿型节理较半贯穿型与未贯穿型节理扩展速度快。③煤样冷加载后，与层理呈45°的节理扩展明显。冷加载及作用周期都是煤样节理结构损伤的重要因素，实验结果符合断裂力学理论，并将对煤体结构损伤的进一步研究起到借鉴意义