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为了更真实地模拟煤岩在掘进巷道迎头等环境下的应力状态,研究三向应力环境下煤岩的损伤变形及瓦斯渗流情况,自主研发了真三轴气-固耦合煤体渗流试验系统。该装置主要由真三轴压力室、液压伺服系统、气体渗流系统和监测与控制系统组成,采用的试件尺寸为200 mm×100 mm×100 mm,可施加的最大轴压(?1)为70 MPa、最大侧压（?2）为35 MPa、最大侧压（?3）为10 MPa、最大瓦斯压力为6 MPa。该装置具有以下特点：(1) ?1、?2采用刚性压头加载,?3采用柔性加载,三向应力分别独立加载;(2) 设计了刚柔性压头及传压滑杆,使得?1与?2方向压头在同时加载过程中互不干扰;(3) 通过伺服液压系统控制加载功能,使得装置性能稳定,应力与位移加载精确,易于控制;(4) 气体渗流系统采用蜂窝孔对试件进行面通气,确保试件进气端瓦斯压力均匀分布;(5) 采用多种高精度传感器进行监测,实时记录煤体所受应力值、变形量及瓦斯渗流量。用两种不同应力路径下的渗流试验对该系统准确性和可靠性进行了验证,结果表明,该装置性能稳定可靠。该装置可用于揭示煤与瓦斯在三向应力条件下的耦合作用机制,为防治瓦斯灾害及研究瓦斯抽采提供了可靠的试验基础。 相似文献
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为揭示在温度、地应力和瓦斯压力等多场作用下煤与瓦斯（methane）相互作用对煤矿瓦斯抽采、CO2注气强化瓦斯开采及CO2在深部不可采煤层的封存具有的重要意义,更精确地从微观角度观测在多物理场耦合条件下煤瓦斯相互作用的动态过程,研制了一种在多场耦合条件下带显微观测装置的煤瓦斯试验装置。该装置由密封容器与施力夹持机构、气压系统、温度场系统、显微观测系统4部分组成,能够通过显微观测装置结合图像处理技术,直接观测多场条件下煤与不同气体的相互作用所引起的细微变化。利用该装置进行了无应力加载、相同温度、相同气压下的瓦斯、CO2的吸附膨胀试验。研究发现,（1）试件在两种气体的变形大致经历了快速增长、缓慢增长直至平衡3个阶段,类似于吸附等温曲线;（2）试件在CO2气体中达到吸附饱和的时间比试件在瓦斯气体中达到吸附饱和的时间要短;（3）试件在瓦斯气体中的最大线性应变约为0.15%,相同条件下试件在CO2气体中的最大线应变约为0.5%,相同条件下试件在CO2气体中达到吸附饱和时的最大应变比试件在瓦斯气体中达到吸附饱和时的最大应变大3倍左右。研制的装置具有结构简单、直观、精度高的特点。 相似文献
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针对目前相关的三轴渗流试验装置缺乏高压水及负压加载功能而不能对高压水及负压加载状态下煤样瓦斯渗流规律进行研究这一问题,研制出了煤样试件出口负压可调并可对其进行高压水加载的新型三轴应力渗流试验装置。该装置主要由三轴应力加载系统、气体渗透系统、水力压裂控制系统、气体流量测试系统、传感与控制系统5部分组成,能够进行高压水及负压载荷下的各种单轴与三轴渗流试验。研究表明,该装置能够模拟抽采钻孔负压状态下煤体内的瓦斯运移规律及考察高压水对煤体的压裂效果,在实验室能完成对煤体试样负压状态下的渗流规律研究以及试件采取水力压裂措施后的增透效果考察。 相似文献
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为探究煤岩在变轴压加载下的变形破坏和瓦斯渗流演化规律,以原煤煤粉压制的煤体试件为研究对象,采用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验系统,进行了5种不同轴压加载路径下的煤体三轴压缩及瓦斯渗流试验。研究结果表明,煤体变形可分为压密、稳定发展、非稳定破裂发展和破裂后4个阶段;压密阶段试件的应变变化速率主要与张开性结构面和裂隙有关,与轴压加载区间无关,稳定发展阶段虽然轴压加载速率不同,但在相同的轴压加载区间,轴向应变变化速率基本相同;变轴压加载前期煤体渗透率与轴压的加载速率呈负相关变化,中后期渗透率变化速率与轴压加载速率相关性不大。研究结论对指导冲击地压以及煤与瓦斯突出的监测预警有着重要意义。 相似文献
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橄榄石集合体扭转大变形实验研究 总被引：5，自引：4，他引：1
对(Mg0.5,Fe0.5)2SiO4和(Mg0.7、Fe0.3)2SiO4橄榄石集合体进行了高温高压扭转大变形实验研究.试验在高精度和高分辨率Paterson气体介质变形试验机上进行,试验温度为1473K,围压为300MPa,应变率为10-4～10-5S-1,剪切应力为82～124MPa,剪切应变为～400%,将变形后试件沿轴向切开进行了显微结构分析,确定了不同纵截面上橄榄石的颗粒尺寸.由蠕变数据拟合出的流动律中,应力指数为与三轴压缩实验给出的应力指数吻合.利用EBSD方法分别对变形前后试件中橄榄石的晶格最优取向(LPO)进行了测定.在富铁橄榄石样品中观测到的最优晶格取向表明滑动属于(okl)[100]滑动系统.这个结果与Bystficky等人在Fo90种观测到的最优晶格取向特征是一致的. 相似文献
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对煤在不同变形机制作用下的化学结构变化与产气等方面的研究成果进行了调研分析,对比总结了国内外有关煤的高温高压实验,提出了一些新的认识和研究方向。①研究表明,不同的变形作用,如脆性变形和韧性变形对煤分子的结构演化趋势和影响机理明显不同;②在煤的高温高压实验方面,许多实验过程都发现了气体的产生,但因实验设计温度过高,超过实验煤的热解甚至裂解温度,因此造成对产气机理的多解性,即气体是煤热解甚至高温裂解产生的,还是由于煤发生变形作用产生的,或者两者均有贡献。利用次高温高压实验探讨变形作用能否促使气体的产生是可行的。综合前人的研究成果认为,煤在构造应力作用下发生变形时能够产生气体,这可能是超量煤层气的来源之一。同时,产出的超量煤层气的赋存状态可能并非仅仅是传统观念的物理吸附,而可能是以低键能的化学键形式存在于煤体结构中。 相似文献
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沁水盆地煤岩高温高压实验变形特征 总被引：1，自引：0，他引：1
对沁水盆地不同地区选取的5组煤岩样品进行高温高压变形实验,结果证实,在相同的实验条件下,(1)采自不同地区的煤岩强度在较低温压条件下表现出一致性,在较高温压条件下显现出差异性;(2)高煤级煤No.3煤样在某一温压条件下（100℃、100MPa）,应力应变强度都是最低的,为煤岩组分影响的结果。在不同的实验条件下, 煤岩在高温高压条件下（温压大于200℃、200MPa）,随着温度与围压增高,应力应变强度在降低,但这主要是温度影响的结果。在温压为100℃、100MPa和500℃、500MPa时,煤岩应力应变强度均很低,但却存在着本质的差别:前者产生的应力应变强度只有部分真实地代表了煤岩的强度（应变量ε<3％）,而持续的应力应变强度（应变量ε>3％）则是围压作用的结果;后者煤岩低应力应变强度显示出明显的韧性状态, 主要表现在温度对煤岩产生的影响。 相似文献
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颗粒土的微观力学行为（如土颗粒的运动与破碎等）决定着其宏观应力-应变行为,如应变局部化、应力硬化等。为研究颗粒土的微观力学行为,开发了一台微型三轴试验装置。它的轴向加载系统由伺服控制的步进转动马达与涡轮传动的减速器组成,围压由GDS压力控制器提供,压力室采用高透光率,高强度的轻质材料制成。借助于X射线显微CT及图像处理分析技术,该装置能实现对干砂土微尺寸试样（直径为8 mm,高度为16 mm）在三轴剪切条件下微观特性的无损检测。采用该三轴试验装置对粒径为0.60～1.18 mm 的LBS（Leighton Buzzard sand）试样在1.5 MPa的围压下进行了试验。结果显示,试验装置测得应力-应变曲线合理,显微CT 图像特征清晰,能够用于颗粒土体微观土力学行为的试验研究。 相似文献
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《岩土力学》2017,(10):3053-3061
为研究充填介质在赋存条件下的渗透、力学特性及其破坏机制,改进研制了大比尺三轴应力-渗流耦合试验系统,开发了三维应力-渗流耦合压力室,进行了完善的密封和加载系统设计。系统具备自动化轴压加载、围压渗压加载、涌水涌砂量采集和多元信息并行监测等功能,该套装置可针对大尺寸、不同规格岩溶管道和裂隙还原其在原始地应力状态下进行渗透性及相关力学试验研究。围压、渗压值可分别加到2 MPa和5 MPa,轴向荷载最大可加到300 kN。光纤技术、电阻元件柔性防水技术和自动化数据采集分析系统的应用,实现了水环境下试件内部渗压、应变的精确采集和分析。在试验系统的基础上,开展了赋存环境下充填介质渗透特性试验研究,分析了充填介质类型、渗流路径、管道断面形状及应力条件4种因素对渗透特性的影响及充填介质的响应特征,揭示了充填体稳定性和渗透性的变化规律。该装置解决了小水力梯度及赋存条件下的充填介质渗透特性和力学性质试验研究技术难题,具有重要意义。 相似文献
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《中国煤炭地质》2019,(8)
为了深刻揭示构造作用下煤中孔、裂隙结构演化特征与机理,采集淮北宿县矿区祁南矿原生结构煤煤样,开展煤的高温高压变形实验(围压50 MPa,温度100～200℃,应变速率1×10~(-3)～5×10~(-6)/s,应变量10%～20%)。通过对温度、应变速率和应变量对煤变形的影响和实验变形煤孔裂隙结构特征分析,结果表明:温度增高,煤的塑性增强,温度达到200℃时,煤变形发生脆-韧性转变;煤的强度随着应变速率降低而减小,从而更容易发生变形;应变量增大加剧了煤脆性或韧性变形程度。同时,温度、应变速率和应变量也影响着煤的孔裂隙发育。随着煤变形程度的增强,显微裂隙越发育且组合越复杂,总孔容呈波动式变化,微孔孔容和比表面积在脆性变形时不断增大,后在韧性变形初级阶段时有减小的趋势。 相似文献
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开展原煤在热-力作用下煤热膨胀与吸附瓦斯解吸研究对于深入理解深部煤岩失稳破坏机制有重要意义。通过对四川白皎矿和徐州张双楼矿的原煤施加不同温度-应力条件,获取煤的热变形、解吸气体运移以及煤的力学性质的热响应。试验结果表明:白皎煤在低于35℃条件下表现为膨胀变形;在高于35℃恒温环境下,煤体变形表现为先膨胀后收缩趋势。张双楼煤在低于60℃条件下表现为先膨胀后会出现收缩;在高于60℃恒温环境下,煤样趋向整体膨胀。其结果说明,煤岩在热环境中的变形行为取决于煤基质的热膨胀与解吸收缩之间的竞争结果。煤吸热升温后孔隙中解吸气体数量增多,煤样在受载压缩变形过程中显现出复杂解吸气体排放特征,包括煤中原生孔隙裂隙压缩闭合排出气体,煤体内不均匀变形导致气体流动,煤体开裂导致气体回流。力学测试结果表明,煤样的单轴抗压强度以及弹性模量随着环境温度上升均表现出下降趋势。其结果为深入理解深部煤层在热-力耦合下渗透率与强度变化机制提供试验依据。 相似文献
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Paterson气体介质高温高压流变仪轴向变形数据的校正方法 总被引：1，自引：0，他引：1
轴向压缩(拉伸)变形实验是测量岩石力学机制参数和模拟岩石变形过程中显微织构演化的主要手段。Paterson气体介质高温高压流变仪可以完成应力测量精度高(±0.1MPa)的轴向压缩(拉伸)变形实验,是模拟研究中、下地壳岩石流变行为的最佳仪器。由于样品组装中采用的活塞发生变形、封套铁筒承担部分加载力和样品截面积随压缩变形增大等因素,我们从仪器记录的数据文件计算出来的应力、应变数据被称为名义应力和名义应变,均与真实值之间存在误差。因此必须针对每一个造成误差的因素进行逐步校正,方能获得真实应力和真实应变数据。因此撰写本文,逐步介绍针对上述要素的三种校正:样品变形量校正、强度校正和截面积校正。以便于促进大家对Paterson气体介质高温高压流变仪的实验方法了解,更好地利用Paterson气体介质高温高压流变仪进行构造变形研究。另外以部分大理岩数据为例演示校正过程并讨论每步校正前后相应因素造成误差的大小。 相似文献
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为了研究煤层瓦斯渗透作用对煤与瓦斯突出的影响,研制了一维渗透失稳试验装置并进行了试验。试验装置包括煤样室、模拟巷道、煤样压实装置、注气系统以及气压测量系统。煤样室采用多节拼装的形式,以方便煤样室气压梯度的观测以及保证每节煤样室的煤样有相同的压实度。煤样的粒径小于4.75 mm,经15 MPa的压力压实,煤样室的内径为199 mm,煤样室总长度为1 000 mm,采用球阀作为揭煤装置,球阀孔径为40 mm,揭煤时未对煤样施加轴向压力。试验结果表明:煤层发生渗透失稳时的临界气压梯度为3.12 MPa/m。基于渗透失稳的观点,分析了"口小腹大"突出空洞形状的成因及各种控突措施的作用机制。 相似文献
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针对煤矿井下大范围超前探测煤层瓦斯含量的实际需求,提出了煤矿井下煤层瓦斯含量测试密闭取心方法,设计并试制了适合于煤矿井下长钻孔煤层瓦斯含量精准测试的"三筒单动、球阀密闭"的密闭取心装置,装置外径89 mm,采取煤心直径可达38 mm;密闭能力达到11 MPa以上,满足于煤矿井下煤层瓦斯含量测定密闭取样要求。井下工程试验结果显示,该装置的煤层密闭取心取样深度达到360.5 m,5组密闭取心法测得的煤层瓦斯含量为常规取心法测值的1.26~3.07倍,平均2.25倍。该技术将为我国煤矿井下煤层瓦斯含量大范围精准探测、区域瓦斯治理及效果检测提供一种有效的技术手段。 相似文献
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为了研究高压气体对煤岩材料变形破坏的作用,自主设计并制造了含高压气体煤岩实验装置,通过测量气体泄压作用诱发的煤岩动力破坏现象,研究了高压气体对煤岩材料变形破坏的作用。实验表明,当气体泄压速率小时,煤岩仅会出现轻微变形;当气体泄压速率大时,煤岩会产生破裂和破碎现象。同时发现煤岩的破坏程度不仅取决于气体的泄压速率,还取决于孔隙气体的压强。当气体泄压速率和气体压强都达到一定临界值时,煤岩才会发生剧烈破碎。通过气体压强与应变之间的关系,确定了煤岩发生破裂和破碎的临界气体压强。 相似文献
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松软煤层钻孔在钻进及抽采瓦斯过程中,容易发生钻孔形变、缩径、坍塌甚至堵孔等工程问题,造成瓦斯钻孔成孔率低、密封性差、服务时间短及瓦斯抽采阻力大等抽采问题。针对上述技术难题,基于松软煤层的构造演化过程,分析了自重应力、构造应力、采动应力及瓦斯应力等因素对松软煤层瓦斯钻孔稳定性的影响,得出了松软煤层钻孔的多应力耦合作用失稳机制。同时,针对松软煤层瓦斯钻孔失稳规律,提出以护孔为基础,自适应动态密封为关键的"护-封"一体化松软煤层瓦斯钻孔密封技术。工程试验结果表明,该技术可使单孔瓦斯抽采体积分数增加至90%以上,单孔瓦斯体积分数提高2~3倍,且抽采浓度稳定。 相似文献