含瓦斯煤体受载微破坏模型及失稳判识准则 - 聂百胜; 赵丹; 王孟霞; 柳先锋; 刘鹏; 邓博知; 朱熹阳; 秦枫; 马昕钰; 赵九红; 彭守建 (煤炭学报, 2024)
TD713; 煤体内孔隙和骨架分布对煤储层内气体运移及瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响.为进一步探索含瓦斯煤体微观破坏机理,针对含瓦斯煤的微观破坏过程,对其微破坏形式展开详细的研究.采用原子力显微镜对加载前后突出煤样和非突出煤样表面进行了原位测试,结果表明:不同煤样受载后,煤样表面结构均会发生变化,闭孔孔径有所减小,部分孔隙遭到破坏,相邻闭孔之间有连通趋势.加载前煤样孔隙呈无规律分布,加载后孔隙连通性增强,开孔孔喉数量有所增加.煤样加载后由于孔隙的连通导致突出煤样煤骨架模量降低,而非突出煤样由于本身强度较高,施加载荷导致煤体内部结构被压实,弹性模量略有增加.定义了煤体微观破坏类型及概念,分析了煤体孔隙及煤骨架周边应力分布特征,揭示了不同情况下含瓦斯煤体微观破坏机制.同时,对闭孔微气爆的影响因素展开讨论,狭长型椭圆孔端部孔壁处所受应力更大,更容易发生闭孔微气爆.描述了开孔微损伤的 2种发生形式,揭示了孔隙"瓶颈效应"的制约对微破坏发生的机理.明确了原生缺陷结构为煤骨架的薄弱环节,并对其发生破裂的演化规律进行分析.基于线弹性断裂力学、弹塑性力学以及渗流力学等理论知识,提出了应力扰动作用下孔隙破坏和煤体失稳判识准则,总结了含瓦斯煤体微观破坏特征及其诱导煤与瓦斯突出的机制,并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望.