液氮冻结和冻融循环作用下煤样力学特性试验研究

TD315; 我国煤储层渗透率普遍较低,如何提高煤储层渗透率是煤层气开发的重点和难点.近年来液氮致裂增渗煤体技术作为一种无水致裂增渗技术受到广泛关注.为揭示液氮冻结和冻融循环对煤体力学特性的影响,采用红外热成像技术对液氮冻结后煤样的温度分布特征进行研究,并对液氮冻结和冻融循环后的煤样进行单轴压缩和声发射测试,对比分析了液氮冻结和冻融循环前后煤样的波速、孔隙率、声发射和能量演化特征,并对液氮冻结煤体损伤作用机理进行了讨论.结果显示:①经过 360 min和 12次冻融循环后,煤样的波速分别下降了 58.2%和 64.7%,波速在最初的冻结和冻融循环阶段中下降并不明显,随着冻结时间和冻融循环次数增加,波速逐渐下降.②随着冻结时间的增加,煤样的温度逐渐下降,液氮冻结 180 s后,煤样的表面温度下降至-60 °C以下,由于煤颗粒的热传导系数不同,导致煤样中心处的温度呈波动分布.③液氮冻结和冻融循环后,煤样的弹性模量呈指数函数降低的趋势,而煤样的孔隙率则逐渐增加,液氮冻融后煤样的孔隙率增量大于液氮冻结后煤样的孔隙率增量.④单轴加载过程中煤样的声发射活动分为发展阶段、活跃阶段和剧烈阶段,煤样的最大声发射振铃计数和累积声发射振铃计数随着冻结时间和冻融循环次数的增加而减小.⑤液氮冻结和冻融循环会削弱煤样的储能极限,造成在单轴加载过程中峰值点处的总能量、弹性能和耗散能的减少.