[发明专利]含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法

权利要求书

1.含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法，其特征在于,包括以下步骤：

a)取不同地质赋存条件煤样，分析含瓦斯煤岩体体积应变特征，由三向加载试验测定获得加载应力-体积应变曲线；

b)根据含瓦斯煤岩体孔隙特性，构建孔隙率-体积应变-加载应力物理力学模型；

具体的，基于孔隙率定义，含瓦斯煤岩体加载过程中体积应变与体积模量和静水压力之间关系推导 获得，其推导如下：

式中：η为含瓦斯煤岩体孔隙率，η₀为含瓦斯煤岩体原始孔隙率，V_p为含瓦斯煤岩体试样孔隙体积，V_b为含瓦斯煤岩体试样体积；V_p0为含瓦斯煤岩体试样原始孔隙体积，V_b0为含瓦斯煤岩体试样原始体积，△V_p为含瓦斯煤岩体试样孔隙体积变化量，△V_b为含瓦斯煤岩体试样体积变化量，ε_v为含瓦斯煤岩体试样体积应变；

含瓦斯煤岩体试样孔隙体积变化是体积变化和试样骨架体积变量综合结果；

而骨架体积变化量与静水压力有关，可表示为：

式中：ε_vg为骨架体积变量，σ₀为静水压力；联立公式(1-1)、公式(1-2)和公式(1-3)得：

c)分析加载应力-体积应变曲线，根据构建的孔隙率-体积应变-加载应力物理力学模型，将其体积应变转换为孔隙率，代入加载应力-体积应变曲线中，得到加载应力-孔隙率耦合曲线；

d)分析加载应力-孔隙率耦合关系曲线，根据含瓦斯煤岩体瓦斯解吸吸附理论，建立应力-孔隙率-瓦斯压力理论关系模型，以孔隙率为中间变量，进一步将瓦斯压力转换为孔隙率，代入加载应力-孔隙率耦合曲线，最终获得加载应力-瓦斯压力耦合响应关系曲线；

依据孔隙率与孔隙容积定义可知：

η＝ρV (1-5)

式中：ρ为含瓦斯煤岩体密度，V为含瓦斯煤岩体孔隙容积；

根据游离态瓦斯含量计算方法可知：

X_y＝VPT₀/(TP₀ξ) (1-6)

式中：X_y含瓦斯煤岩体游离瓦斯含量，P为含瓦斯煤岩体瓦斯压力，P0为标准大气压力，T0为标准状态下绝对温度(273K)，T为瓦斯的绝对温度，含瓦斯煤岩体瓦斯压力；ξ为瓦斯气体压缩系数；

联立式(1-4)～(1-6)可得：

令T₀＝T，ξ＝1，式(1-7 )变为：

式中：υ为含瓦斯煤岩体泊松比；

分析步骤c中加载应力-孔隙率曲线数据，以孔隙率中间变量，代入加载应力-孔隙率耦合曲线，从而获得加载应力-瓦斯压力耦合响应关系曲线。

2.根据权利要求1所述的含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法，其特征在于：步骤a)中测试不同围压下含瓦斯煤岩体加载应力-体积应变曲线。

3.根据权利要求2所述的含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法，其特征在于：步骤a)中在含瓦斯煤岩体试样上的不同方向设置应变传感器，测定含瓦斯煤岩体体积应变。

4.根据权利要求3所述的含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法，其特征在于：步骤a)中荷载加载方式为三轴应力加载方式，荷载加载过程的加压压差为0.005MPa/s。

5.根据权利要求1所述的含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法，其特征在于：步骤b)中，基于孔隙特性，推导加载过程中孔隙率-体积应变-加载应力物理力学模型。

6.根据权利要求1～5任一所述的含瓦斯煤岩体加载应力与瓦斯压力耦合关系测定方法，其特征在于：还包括步骤e)，所述加载应力-瓦斯压力耦合关系可靠性依据现场采动应力与瓦斯压力实际测定进行验证。