液氮凍結和凍融循環作用下煤樣力學特性試驗研究

楚亞培 ，張東明 ，楊 瀚 ，劉 恒 ，吳旭陽 ，申 通 ，翟攀攀

（1.河南城建學院 土木與交通工程學院, 河南 平頂山 467000；2.重慶大學 煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室, 重慶 400044；3.重慶大學 資源與安全學院, 重慶 400044；4.煉焦煤資源綠色開發全國重點實驗室，河南 平頂山 467000）

0 引 言

我國的煤層氣資源儲量豐富，埋藏在2 000 m 以淺的煤層氣地質資源量為36.8 萬億m3[1]，安全、高效、清潔開采利用煤層氣可以優化我國能源結構，同時也可以有效減少煤礦瓦斯災害事故。然而，由于我國的煤田地質條件復雜，煤儲層普遍具有低孔、低滲、低含氣飽和度和高非均質的“三低一高”的特征，導致我國的煤層氣抽采效率較低[2-3]。為了提高煤層氣抽采效率，通常采用水力壓裂技術以提高煤儲層的滲透率，但水力壓裂需要大量水資源，并且可能會造成水鎖傷害影響整體抽采效果[4]。近年來，隨著致裂增滲技術的發展，以液氮作為介質的無水致裂增滲技術受到國內外研究學者的關注。

關于煤巖在液氮低溫環境下的損傷特性，國內外學者已經開展了大量的研究。任韶然等[5]分析了液氮對煤巖冷沖擊的作用機制，建立冷縮應力的計算模型，并對煤巖進行了冷沖擊試驗，發現液氮冷沖擊能夠導致煤巖產生熱應力裂隙，導致煤巖的波速大幅下降。楊睿月等[6]采用CT 掃描和原子力顯微鏡對液氮冷浸前后煤巖的孔隙變化進行了研究，發現液氮冷浸能夠造成煤巖孔隙數量增多和孔隙尺寸增大。張春會等[7-9]對飽水煤樣進行液氮凍融循環試驗，并分析了液氮凍融循環后煤樣的波速、彈性模量、抗壓強度和泊松比等力學參數的變化，發現液氮凍結能夠損傷煤樣的結構，造成力學性能劣化。……