[发明专利]含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法

说明书

本发明涉及煤矿动力灾害防控技术领域，具体涉及含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法；本发明针对含瓦斯煤岩体气固耦合特性，应力与瓦斯压力耦合响应关系进行实验和理论分析综合测定，采用三轴加载试验获得加载应力‑体积应变曲线、根据含瓦斯煤岩体孔隙特性与瓦斯解吸吸附理论，分别建立加载应力‑孔隙率物理力学模型和孔隙率‑瓦斯压力理论模型，以及进一步对判别模型进行可靠性验证，最终获得加载应力与瓦斯压力耦合模型；本发明的方法能够揭示煤层瓦斯压力受控于采动应力耦合致灾的力学本质，为煤与瓦斯动力灾害防控技术提供理论依据，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及煤矿动力灾害防控技术领域，具体涉及含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法。

背景技术

煤层力学状态和瓦斯赋存状态是煤与瓦斯动力灾变的主要影响因素，其中煤层应力和瓦斯压力是最重要的两个指标。尤其进入深部开采，实施瓦斯综合治理措施后，低指标状态煤与瓦斯动力灾害事故时有发生，给生产安全造成严重威胁。

受采动应力影响，含瓦斯煤层气固耦合致灾演化本质更加复杂，煤与瓦斯动力灾害越发严重，为有效防控煤与瓦斯动力灾害的发生，弄清含瓦斯煤岩体气固耦合致灾机理尤为重要，而揭示煤层应力与瓦斯压力耦合响应规律是探索煤与瓦斯动力灾害力学本质和实施防控措施的重要基础。因此，科学准确获得应力与瓦斯压力耦合互馈效应模型，并采取有效控制措施，对控制动力灾害具有重要意义。

目前，针对含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系主要是基于现场和实验室测定研究。现场测定主要是分别测定开采工作面煤层地应力和煤层瓦斯压力，然后通过各自测定结果反映出两者之间的变化趋势关系，一方面存在测定误差；另一方面二者是独立测定的，并不能真正揭示二者之间的耦合关系；实验室研究主要是依据加载应力和精密传感器探测密封煤样罐内的瓦斯压力，认为煤样罐内瓦斯压力近似等于含瓦斯煤体内瓦斯压力，根据含瓦斯煤岩体解吸吸附理论可知，含瓦斯煤岩体瓦斯压力是其孔隙内游离瓦斯气体的宏观表现，与其受力后孔隙率变化有关，若以煤样罐内气体压力代替瓦斯压力是极其不合理的。由于在加载压缩过程中煤样罐腔体内体积始终是减小的，且腔体减小引起气体压力变化幅度要比孔隙变化引起气体压力变化幅度要大得多。表明，实验室瓦斯压力测定是不准确、不科学、不合理的。综上所述，现有针对应力与瓦斯压力耦合关系机理研究从本质上存在一定缺陷。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明公开含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法，能够解决现有现场独立测定无法揭示耦合本质和实验室瓦斯压力测定不准确、不科学和不合理问题。

(二)技术方案

含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法，包括以下步骤：

a)取不同地质赋存条件煤样，分析含瓦斯煤岩体体积应变特征，获得加载应力-体积应变曲线；

b)根据含瓦斯煤岩体孔隙特性，构建孔隙率-体积应变-加载应力物理力学模型；

c)分析加载应力-体积应变曲线，根据构建的孔隙率-体积应变-加载应力物理力学模型，获得加载应力-孔隙率耦合关系曲线；

d)分析加载应力-孔隙率耦合关系曲线，根据含瓦斯煤岩体瓦斯解吸吸附理论，建立加载应力-孔隙率-瓦斯压力理论关系模型，最终获得加载应力-瓦斯压力耦合响应关系曲线。

优选的，步骤a中测试不同围压下含瓦斯煤岩体加载应力-体积应变曲线。

优选的，步骤a中在含瓦斯煤岩体试样上的不同方向设置应变传感器，测定含瓦斯煤岩体体积应变。

优选的，步骤a中荷载加载方式为三轴应力加载方式，荷载加载过程的加压压差为0.005MPa/s。