【摘 要】
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近年来,我国经济迅速发展,油气使用需求量加大,常规的油气开采已经无法满足社会日益增长的需求,赋存于煤层中的煤层气是主要的替代能源之一。中国煤储层渗透率低,常规抽采方法抽采率低。近些年,提出液氮注入低渗煤层致裂增透技术方法,取得了较好效果。然而遭受液氮作用前后煤的力学特性如何变化尚不清楚,这影响了相应的煤矿开采安全评估。本文依托国家自然基金项目(Nos.51574139),研究液氮作用前后煤的力学特
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近年来,我国经济迅速发展,油气使用需求量加大,常规的油气开采已经无法满足社会日益增长的需求,赋存于煤层中的煤层气是主要的替代能源之一。中国煤储层渗透率低,常规抽采方法抽采率低。近些年,提出液氮注入低渗煤层致裂增透技术方法,取得了较好效果。然而遭受液氮作用前后煤的力学特性如何变化尚不清楚,这影响了相应的煤矿开采安全评估。本文依托国家自然基金项目(Nos.51574139),研究液氮作用前后煤的力学特性的变化。论文对鄂尔多斯纳林河矿煤开展了液氮冷冻和冻融循环试验,并分别对冷冻前后的煤样开展单轴压缩试验及疲劳力学试验,研究冻融循环次数、冷冻温度、煤样饱水度等条件对液氮作用前后煤力学特性的影响,通过研究得到如下结论:(1)液氮作用可使煤样波速降低,经液氮冻融循环后煤样表面可形成宏观裂隙。(2)冻融循环后煤样的力学特性劣化,由脆性向塑性转变,这表明液氮作用有助于降低煤层的冲击和岩爆风险。(3)液氮冻融循环饱水煤样循环荷载试验结果表明:随冻融循环次数增加,煤样疲劳破坏的轴向应变总量、疲劳寿命均呈指数降低,但在5次冻融循环后趋于稳定。(4)经冷冻后煤样的循环荷载轴向变形试验结果均符合岩石疲劳破坏的极限变形规律,即煤疲劳破坏受静态全过程曲线控制,可利用静载试验得到的控制应变量来预测循环荷载疲劳破坏时的轴向应变总量。
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