损伤和剪胀效应对裂隙煤体渗透率演化规律的影响研究

摘要：

煤层瓦斯渗透率是影响瓦斯抽采和动力灾害防治的重要参数.为了研究煤体损伤和剪胀变形对渗透率的影响,首先引入损伤变量反映煤体损伤破坏状态,建立了基于体应变增量的煤体损伤本构模型.并采用Hurst指数表征裂隙表面粗糙度,基于裂隙表面的分形特征,建立了裂隙渗透率在压缩和剪切作用下的演化模型.通过对TOUGH2和FLAC3D软件进行二次开发,建立了基于双重孔隙模型的TOUGH2(CH4)-FLAC气-固耦合数值分析工具.采用本软件对煤样单轴压缩过程进行模拟分析,结果表明:煤体的破坏是损伤单元累积和贯通的结果,最终形成贯通煤体的损伤带是造成煤体失稳破坏的主因;围岩内的渗透率增加区域与损伤区位置基本一致,其中裂隙系统的渗透率增加幅度最大可达2个数量级;剪切破坏区的裂隙发生剪胀变形,引起裂隙渗透率大幅增加.建立的理论模型与数值计算工具为制定瓦斯治理措施提供了理论指导.

关键词：剪胀效应、煤体损伤、Hurst指数、渗透率演化、双重介质

所属期刊栏目：37

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金No.51474204, No.51504235, No.41202194;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放研究基金No.13KF05;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室开放课题No.2011DA105287-FW201412;中国博士后科学基金No.2013M542097;山东省矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地开放基金No.MDPC2013KF03.This work was supported by the National Natural Science Foundation of China 51474204, 51504235 and 41202194, the Open Projects of State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining, CUMT 13KF05, the Open Projects of State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control Chongqing University 2011DA105287-FW201412, the China Postdoctoral Science Foundation 2013M542097, the Opening Project Foundation of State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-founded by Shandong Province and the Ministry of Science and TechnologyMDPC2013KF03.

在线出版日期：2016-05-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：574-582