关键词:
覆水砂岩顶板
渗透率演化
声发射特征
裂纹扩展
采掘空间
摘要:
煤矿开采过程中含水顶板岩石受采动的影响,会伴随着裂隙的起裂和扩展,形成有效的渗流通道,导致采掘空间存在涌(突)水的潜在风险,因而有必要厘清含水顶板砂岩在流固耦合作用下渗流演化规律。本文以采动应力作用下的采掘空间含水顶板砂岩为研究对象,开展了三轴压缩及渗透试验,分析了不同应力水平下顶板砂岩力学损伤特征及渗透率演化规律,结合声发射监测和SEM细观结构观测数据,揭示不同应力水平下顶板砂岩渗透率演化机理。主要结论包括:(1)砂岩试样的强度和变形参数皆随着围压升高近线性增大,围压对岩石强度和变形参数具有增强效应,但围压抑制岩石径向应变。(2)不同围压下砂岩试样声发射振铃计数和能量变化趋势皆与岩石在受荷过程中的变形、应力变化具有明显的对应关系,且较高围压下试样能量积累增加,破坏前裂纹扩展和贯通地更加剧烈。(3)不同围压作用下顶板砂岩渗透率变化主要分成两个阶段,即缓慢降低阶段和快速增长阶段,与裂纹演化特征具有一定的对应关系。(4)渗透率演化与AE损伤变量变化趋势具有很好的一致性,说明微裂纹演化是砂岩试样渗透率变化的主导因素,且渗透率变化要先于AE损伤变量,渗透率对裂纹起裂和扩展更加敏感。(5)不同应力水平下砂岩试样σcc、σci、σcd和σf均随着围压升高而逐渐增加,当含水顶板砂岩在σci和σcd之间,岩体内部的裂隙迅速扩展与交汇,形成有效的渗流通道,导致渗透率急剧增加。研究成果可以为采掘空间涌(突)水害防治及CO2地下封存稳定性分析提供有效的理论指导。