热流固耦合作用下煤的力学特性的实验研究

煤炭地下气化和煤炭地下直接液化以及煤炭地下热解开采本质上都是对处于原始应力状态下的煤层进行热加工的过程，是一个复杂的多相介质多场耦合作用问题。项目拟从该工程的基本力学问题- - 热流固耦合作用下煤的力学特性入手，以自主研制的"600℃20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机"及μCT225kVFCB高精度显微CT试验系统为平台,采用φ200*400大尺寸煤样的高温高压实验和分形、损伤理论，从宏观-细观层面研究热流固耦合作用下煤的热变形特征、破坏模式、蠕变特征，研究煤的物理力学参数如渗透率、变形模量、泊松比、热膨胀系数等的温度效应，以及煤的热破裂特征及其细观机制等。项目研究将揭示热流固耦合作用下煤体的变形破坏、蠕变、热破裂等规律与特性；揭示热流固耦合作用下煤体热破裂的临界温度、破裂后的渗透特性等。研究成果可为煤炭地下气化和煤炭地下直接液化以及煤炭地下热解开采等工程设计提供有力的理论指导和依据。

摘要：项目针对煤炭地下气化和煤炭地下直接热解开采工程的基本力学问题——热流固耦合作用下煤的力学特性，以自主研制的“600℃20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机”，对尺寸为φ200×400mm的大煤样开展了热力耦合实验研究，分析了煤的热变形及破坏特征、蠕变、力学参数的温度效应、热破裂及其细观机制。结果表明：煤的力学特性有明显的温度效应；煤的热变形随温度升高分为三阶段：缓慢变形阶段、快速变形阶段和破坏阶段；随温度升高，煤体破坏从脆性破坏向延性破坏转变；高温下，蠕变速度明显加速，更易出现加速蠕变；引入新型黏壶，构建了加速蠕变模型；温度对弹性模量的影响复杂，围压、温度和热解共同影响煤体弹性模量，在围压保持不变的条件下，温度和热解产气是影响弹性模量的主要因素；煤体热破裂随温度升高分为三阶段：微弱阶段，破裂加速阶段及回落阶段。研究成果可为煤炭地下气化和煤炭地下直接液化以及煤炭地下热解开采等工程设计提供有力的理论指导和依据。