孔隙压力循环加卸载下煤岩渗流演化机制研究

摘要

为探究孔隙压力周期性变化对煤岩变形和渗流特性的影响,采用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展孔隙压力循环加卸载下煤岩的变形及渗流试验.基于基质-裂隙相互作用的重要性,引入内膨胀系数以量化气体吸附对裂隙体积模量的影响,并进一步修正Betti-Maxwell互易定理,构建气体吸附效应控制下的煤岩渗流模型.结果表明:当有效应力恒定时,煤岩轴向应变、径向应变和体积应变随孔隙压力的增大而减小;相同孔隙压力下,随循环次数增大,煤岩体积应变和径向应变呈减小趋势,而轴向应变呈增大趋势.在孔隙压力加载的过程中,煤岩渗透率先迅速减小后趋于平缓,而卸载时煤岩渗透率有所恢复,但均小于加载阶段;相同孔隙压力下,随循环次数增大,煤岩渗透率呈减小趋势.新建模型所呈现的渗透率演化过程与试验测试结果基本保持一致,表明该模型可较好地描述孔隙压力循环加卸载下煤岩渗流演化过程.探讨不同循环次数下内膨胀系数演化规律,并发现在孔隙压力加载过程中,内膨胀系数随循环次数的增大而增大;而孔隙压力卸载过程中,内膨胀系数随循环次数的增大而减小.研究结果可为合理布置瓦斯抽采钻孔提供理论指导,对井下瓦斯高效抽采和瓦斯灾害防治具有重要意义.