深部煤体采动应力下双曲函数型渗透率模型-煤炭学报.pdf

　 第44卷第3期 煤　 　 炭　 　 学　 　 报 Vol.44　 No.3　 　 2019年 3月 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY Mar.　 2019　 王路军,周宏伟,荣腾龙,等.深部煤体采动应力下双曲函数型渗透率模型[J].煤炭学报,2019,44(3):941- 948.doi:10.13225/ j.cnki.jccs.2018.1570 WANG Lujun,ZHOU Hongwei,RONG Tenglong,et al.Hyperbolic function-based permeability model of coal under - mining stress at deep mine[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3):941 948.doi:10.13225/ j.cnki.jccs. 移动阅读 2018.1570 深部煤体采动应力下双曲函数型渗透率模型 1 2,3 1 1 王路军 ,周宏伟 ,荣腾龙 ,任伟光 (1． 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院,北京　 100083;2.中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院,北京　 100083;3. 中国矿业大学(北 京) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京　 100083) 摘　 要:深部资源开采中,采动应力下煤体渗透率演化规律成为煤炭开采理论研究的热点之一。 通 过对煤体常规三轴渗流实验和采动应力路径下渗流实验对比分析,发现深部含瓦斯煤体在采动应 - 力路径下其渗透率 体积应变异于常规三轴渗透实验。 煤体常规三轴实验主要以三向应力加载为 路径,而煤体在不断采出过程中其应力路径主要表现为特定方向加载其他方向卸荷的过程,可凝练 - 为加轴压卸围压的应力路径,而应力 应变分析的起始点为静水压力状态,这必然引起煤体力学物 - 理性质异于三向加载条件的行为。 在采动应力条件下的渗透率 体应变空间内,以煤体体应变扩 容点为界,当体应变达到扩容点后,随着体应变从压缩变形转换为膨胀变形,渗透率呈现出降低、稳 态、增加的过程。 为了定量地描述深部煤体渗透率在采动破坏或流变失稳过程中先减小后增大的 行为,基于在体积应变空间内真实渗透网络是所有可能渗透网络中最优演化形式的假设,建立以渗 透率、体积应变为变量的泛函关系,从而得出由体积应变表示的渗透率表达式。 考虑深部煤体流变 过程,将分数阶微积分理论推导的煤体体积蠕变方程代入渗透率函数中,得出以轴向应变为自变量 的渗透率表达式。 根据已有的实验数据对渗透率模型进行验证,结果表明:基于最优渗透网络得出 的渗透率模型能很好地描述煤体渗透率在破坏过程中的演化规律,同时也可拟合流变过程中渗透 率的变化趋势。 关键词:渗透率;双曲函数;深部煤体;采动应力;体积应变 - - - 中图分类号:TD821　 　 　 文献标志码:A　 　 　 文章编号:0253 9993(2019)03 0941 08 Hyperbolic function-based permeability model of coal under mining