夹矸影响下的含瓦斯煤裂隙演化规律探究

摘要

为了探究夹矸对含瓦斯煤裂隙演化的影响，本文以含瓦斯煤为研究对象，利用煤岩三轴加载系统与受载煤岩工业CT扫描系统进行实验，通过设置不同夹矸厚度与层数、恒定围压以及不同瓦斯气压加载，开展了含瓦斯煤裂隙扫描实验，获取了多种原始CT图像，利用三维重构技术，构建含瓦斯煤的数字化模型，实现了煤体内部裂隙空间结构的可视化并通过Avizo软件对裂隙结构参数进行计算，定量分析了含瓦斯煤裂隙演化的特性.研究结果表明：含瓦斯煤试样三轴加载的破坏形式为剪切破坏，纯煤试样裂隙呈现出平行、交叉等复合型式；夹矸试样裂隙主要集中于煤体部分，只有一两条主要裂隙延伸至岩体部分并扩展贯穿夹矸层，夹矸层受损程度较小；双层夹矸试样损伤主要集中于两层夹矸之间的煤体部分，破裂后的宏观裂纹多表现为“A”字形的特征；夹矸影响下的含瓦斯煤破裂后的裂隙率、三维分形维数和平均配位数随瓦斯压力的增加而增加，裂隙率、三维分形维数和平均配位数随夹矸厚度和夹矸层数增加而降低；瓦斯压力的增加导致库伦破坏线与莫尔应力圆互相接近，逐渐接近试样的破坏条件，促使裂隙更加容易发育；夹矸厚度的增加，降低了裂纹扩展能量释放率，临界裂隙长度增大，裂隙扩展更难发生.

关键词

夹矸层 / 瓦斯压力 / 裂隙率 / 三维分形维数 / 配位数

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52174174）; 河南省杰出青年科学基金资助项目（252300421010）; 河南理工大学创新团队计划资助项目（T2022-1）