煤田地质与勘探

作者：祝威, 高霞, 张保勇, 吴强,

关键词：煤与瓦斯突出, 含瓦斯水合物煤体, 三轴压缩试验, 能量特征,

突出煤层瓦斯水合固化是一项新型降低瓦斯压力增强煤体强度的防突技术，不同围压、饱和度下含瓦斯水合物煤体破坏特性及能量耗散规律尚不明确，无法为现场深部煤与瓦斯突出等动力灾害预防提供理论依据。基于三轴压缩试验获取的偏应力−应变曲线，计算并分析不同围压(12、16、20 MPa)、饱和度(20%、50%、80%)下含瓦斯水合物煤体三轴压缩过程中能量变化规律。研究表明：(1) 含瓦斯水合物煤体三轴压缩过程中总能量、弹性能及耗散能均随着轴向应变增加而增大，外界做功在弹性阶段和屈服阶段前期主要转化为弹性能，在屈服阶段后期和强化阶段主要转化为耗散能。(2) 当围压从12 MPa增加到20 MPa、饱和度从20%增加到80%，其临界破坏点总能量不断增大，增幅分别为120.30%和81.60%，储能极限与临界破坏点耗散能也随围压增加而增大，增幅分别为174.89%和110.73%，含瓦斯水合物煤体在高围压和高饱和度下吸收能量的能力、抵抗变形破坏的能力及损伤所消耗的能量的量均高于低围压，越不容易破坏。(3) 能耗比随着轴向应变增加匀速增大，饱和度50%和80%时，临界轴向应变随围压的增加而增大，但随着饱和度增大临界轴向应变对围压的敏感性降低。(4) 围压16、20 MPa下，储能极限随着储能系数的增加而增大，储能系数与储能极限同等具有表征含瓦斯水合物煤体储存弹性能的能力。(5) 煤体中水合物生成能够有效降低瓦斯压力，提高煤体峰值强度、临界破坏点总能量、储能极限及临界破坏点耗散能，整体提升幅度21.11%~42.11%，有利于提升煤体抵抗外力破坏的能力。研究成果揭示了含瓦斯水合物煤体受载损伤能量变化规律，可为深部煤与瓦斯突出等动力灾害的防治提供一定的理论指导。

来源：2024年第4期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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