液氮冷加载对不同节理煤样结构损伤的影响

李和万^1,2，刘戬¹，王来贵¹，左建平²

1. 辽宁工程技术大学力学与工程学院2. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院

摘 要：煤体的节理结构是煤层气主要存储空间和渗流通道,而煤层的低渗透性是导致煤层气开采效率低的主要原因,由于节理的角度与贯穿程度不同,使得煤体的物理力学性能产生了较大差异。为了增加煤体的渗透性,利用液氮冷加载煤体的方式对不同种类节理煤样,实验选用阜新盆地长焰煤制成50 mm×50 mm×50 mm的正方体煤样。将煤样放入液氮中浸泡4 h,室温条件下放置20 h,为一个冷加载周期（T）,多周期冷加载直至煤样破裂。运用激光共聚焦显微镜、声波测试仪、单轴压缩试验机等仪器观测煤样的表面、整体裂隙损伤情况和单轴抗压强度的变化程度,揭示不同节理煤样结构在液氮低温冷加载作用下的损伤规律。研究结果发现:（1）贯穿型节理煤样（Ⅰpb15°,Ⅰam45°和Ⅰal60°）分别在8T,6T和7T冷加载后,煤样节理结构累积损伤达到煤岩强度极限,发生破碎;（2）在相同冷加载周期条件下,贯穿型节理较半贯穿型与未贯穿型节理扩展速度快;（3）煤样冷加载后,与层理呈45°的节理扩展明显。冷加载及作用周期都是煤样节理结构损伤的重要因素,实验结果符合断裂力学理论,并将对煤体结构损伤的进一步研究起到借鉴意义。

关键词：液氮;冷加载;煤样;结构损伤;煤层气;