不同CO₂吸附时间下煤体力学特性及裂隙扩展规律

摘要

CO₂吸附引起的结构变形对煤层稳定性有显著影响。利用自主研发的气-固耦合实验系统结合MTS力学试验系统，研究了CO₂吸附时间对煤体力学特性及力学参数变化规律的影响；通过工业CT扫描和三维重构技术构建了煤体裂隙结构模型，阐明了CO₂吸附时间对裂隙结构的影响，并利用COMSOL软件开展了CO₂在煤体中的流体动力学模拟，探讨了CO₂吸附作用下煤体裂隙扩展规律。结果表明：（1）不同CO₂吸附时间下煤体应力-应变曲线可分为3个阶段，受吸附时间影响显著，且峰值强度与弹性模量随吸附时间增加呈下降趋势，最大劣化幅度可达29.82%,劣化度呈上升趋势，但存在“时效性”,在5、7 d时劣化度幅度最大变化仅约0.5%;（2）受到CO₂吸附时间的影响煤体裂隙呈由外向内的扩展趋势，且先快后慢，煤体裂隙率及连通度在7 d时分别达到14.03%、1.59;（3） CO₂在煤体内运移方向是由外向内，裂隙与基质间出现的应力集中区会造成裂隙发生扩展，使得煤体结构疏松化、抵抗荷载能力降低。

关键词

CO₂吸附时间 / 力学特性 / 裂隙扩展 / CT扫描 / COMSOL