气体吸附诱发煤体劣化的试验研究与分析

摘要

为定量研究气体吸附对煤体的损伤劣化作用规律,探索其劣化机制,利用可视化恒容气固耦合试验系统对相同强度的型煤标准试件充入不同吸附气体(He、N2、CH4、CO2),充分吸附后进行轴向加载试验,对比分析了气体性质和吸附压力对煤体强度、体积扩容和裂隙发育的影响规律,并采用MATLAB软件编程提取试验过程加载图像,基于分形理论得到了相同应力阶段煤体裂隙发育的分形维数.试验结果表明:充入无吸附性的He对煤体无劣化作用,充入吸附性的CO2显著降低了煤体强度,其中吸附压力为2MPa的煤体强度降低了48.27％,煤体劣化率与吸附平衡压力呈对数函数关系;处于相同应力阶段的煤体裂隙分形维数D随着吸附量的提高而增大,幅值在1.32～1.47之间变化,同时煤体表面裂纹密度也不断增加,对应2MPa气压时裂隙发育度M是不加气时的2.28倍并呈现“鱼鳞片”状膨胀和脱落趋势.试验结果从多角度揭示了吸附瓦斯对煤体的劣化作用特征,建立了吸附压力对煤体强度的损伤劣化机制模型,为定量研究含瓦斯煤的力学特性提供了科学依据.