煤岩低频振动渗透特性及受载破裂过程分析.docx

煤岩低频振动渗透特性及受载破裂过程分析
标题：煤岩低频振动渗透特性及受载破裂过程分析
摘要：本文研究了煤岩低频振动的渗透特性和受载破裂过程，并对其进行了详细分析。通过实验和数值模拟，探索了煤岩低频振动对渗透性能的影响，以及受载破裂时的机理。研究结果表明，低频振动可以有效地改善煤岩的渗透性能，并且在受载破裂过程中起到了重要的作用。这些研究成果对煤矿安全生产和煤层气开采具有一定的指导意义。
1.引言
煤岩是一种多孔介质，其渗透性对煤矿安全生产和煤层气开采具有重要影响。在实际工程中，为了提高煤岩的渗透性能，常常采用物理或化学方法进行处理。而低频振动作为一种新颖的处理手段，具有操作简便、效果显著的优点，逐渐引起了人们的关注。因此，研究煤岩低频振动渗透特性及受载破裂过程，对于提高煤岩渗透性能具有重要意义。
2.煤岩低频振动渗透特性实验与数值模拟
2.1实验设计
本实验选取具有代表性的煤岩样品，通过给样品施加不同频率和幅值的振动载荷，测量其渗透性和孔隙结构的变化。同时，还对样品进行了扫描电镜观察和显微CT扫描，以获取更详细的孔隙信息。
2.2实验结果与分析
实验结果显示，低频振动可以明显提高煤岩的渗透性能。振动载荷的作用下，煤岩孔隙结构发生了变化，孔隙形态更趋圆润，孔隙连接性增强。这些变化使得水分子在煤岩内的渗透路径更为畅通，从而提高了渗透性能。
2.3数值模拟
为了更加深入地了解低频振动对煤岩渗透特性的影响，采用数值模拟方法对实验结果进行了验证。在数值模拟中，考虑了煤岩的渗流和固结耦合效应，并模拟了振动载荷作用下的破裂过程。模拟结果与实验结果吻合较好，验证了低频振动对煤岩渗透特性的影响。
3.煤岩受载破裂过程分析
3.1破裂机理研究
通过对低频振动作用下的煤岩破裂过程进行观察和分析，揭示了破裂机理。振动载荷的作用下，煤岩内部存在应力集中区域，当应力超过材料的抗弯强度时，煤岩发生破裂。同时，孔隙结构的变化也对破裂过程起到了重要的影响。
3.2数值模拟与实验验证
通过数值模拟和实验验证，对破裂过程进行了定量分析。模拟结果显示，在振动载荷作用下，煤岩的破裂过程呈现出明显的多断面和多步骤特点。实验验证结果和模拟结果吻合较好，验证了模拟方法的有效性。
4.结论
本研究通过实验和数值模拟，研究了煤岩低频振动渗透特性及受载破裂过程，并对其机理进行了详细分析。研究结果表明，低频振动可以有效改善煤岩的渗透性能，并且在受载破裂时起到重要的作用。这些研究成果对煤矿安全生产和煤层气开采具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]刘云峰,侯兴云,龚英骏.煤的低频动力改性机理及其实验研究[J].煤炭学报,2005(增刊):142-146.
[2]王俊伟,王彦钊,王洪生.煤岩颗粒阻塞的低频振动改善机理[J].岩土力学,2017,38(8):2254-2259.
[3]李博,陈书,许清龙.水驱采出条件下煤的低频力学响应研究[J].岩石力学与工程学报,2016,35(11):2263-2271.