第23卷增2岩石力学与工程学报23(增2:’4912~49152004年7月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJury,2004大煤样瓦斯抽放试验研究及尺寸效应现象木杨栋冯增超赵阳升(太原理工大学采矿工艺研究所太原030024摘要煤矿瓦斯灾害是世界煤炭行业公认的重大灾害之一。在进行低渗透煤储层渗透特性改造试验时,采用了大尺寸的煤体试件(500mmx500mmx500ram进行试验,在该煤体试件中不仅包含了较多孔隙,而且还包含了几条较大的裂缝。在对试件进行钻孔瓦斯抽放和割缝瓦斯抽放试验过程中,均首次观测到大规模的瓦斯突出现象,而在以往小尺寸煤样瓦斯渗流试验中则从未发现过类似现象。这种现象充分说明,对于煤体这样孔隙、裂隙发育的岩体,标准尺寸的试件往往难以包含足够多的岩体信息,采用大尺寸岩石试件后,所观察到的试验现象将更加接近于工程岩体实际,所测得的试验数据会更真实。关键词岩石力学,瓦斯,尺寸效应,试验研究分类号Tu45文献标识码A1000.6915(2004增2-4912-04TESTINGSTUDYoFGASoUTBURSTINBIGCoALSAMPLEANDPHENoMENoNoFDIMENSIoNALEFFECTYangDong,FengZengchao,ZhaoYangsheng(InstituteoflimningTechnology,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024Ch/naAbstractGasofcoaImineiSoneofthemosthazardousproblemsincoalindustryoftheworld.InChina,thelowerpermeabilityofcoalisthemaincharacterwhichlimitsthedevelopmentofgasextractionindustry.Inthistestingstudyofgasextractionfromlowpermeabilitycoal,thebigcoalsamples(500mmx500mm×500ramareused.Therearemanyporesandfracturesinthesesamples.Whilethecoalmassisunderfracturing,thegasoutburstsintermittently.Thisphenomenonisneverreposedinsbeforewhilesmallsampleshadbeenused.Sowecanconcludethatwhenbigsamplesareused,eachsampleCancontainmoreinformationwhichleadstotheexperimentresultcloserthein-siturocktest.Theexperimentresultsalsorevealthattoreleasetheinitialearthstressisabetterwaytoimprovethepermeabilityofcoal.Waterfracturingmethodisoneoftheefficientmethodstoreleasetheinitialearthstress.Keywordsrockmechanics,gas,dimensionaleffect,testingstudy1前言煤矿瓦斯灾害一直是世界采矿业中的重大灾害之一,尽管各国相继投入了相当大的人力物力,使煤矿瓦斯灾害的控制有了一定的改观,但其问题仍然相当严重。我国自20世纪50年代以来,进行了大量的试验研究,尤其是工业性试验研究,几乎穷尽了所有可能的技术措施,但仍未能有一个较好的进展。煤矿瓦斯治理采用较多的方法之一是瓦斯抽放。针对我国的低渗透性煤层瓦斯抽放,国内先后进行了密集钻孔预抽放、加砂致裂预抽放、水力冲孔、2004年2月25日收到初稿,2004年4月17目收到修改稿。+国家杰出青年科学基金(59625409、国家自然科学基金青年基金(10102013和山西省青年基金(20001012联合资助项目。作者杨栋简介:男,1970年生,1993年毕业于太原理工大学采矿工程专业,现为太原理工大学采矿工艺研究所博士研究生、讲师,主要从事岩石力学和渗流方面的研究工作。第23卷增2杨栋等.大煤样瓦斯抽放试验研究及尺寸效应现象・4913・水力割缝抽放试验等,但由于种种原因,有的收效甚微,有的难以推广实施,致使低渗透煤层瓦斯抽放这一重大技术难题,一直未能得到较好的解决【l】,而对低渗透煤层渗透特性的研究在逐年增多【2~71。1996年至今,太原理工大学采矿工艺研究所赵阳升教授领导的课题组,在国家杰出青年科学基金资助下,深入、系统地研究了低渗透煤层瓦斯抽放这一难题[8-10】,通过大量理论分析和试验研究,基本确认水力压裂技术不适用于低渗透煤储层的渗透特性改造,而卸压是改造低渗透煤储层的唯一有效的技术途径【111,进而提出了水力割缝改造低渗透煤储层的技术方案。1999年在“太原理工大学211”工程建设研制的l000t大型多功能试验机上,进行了大煤样钻孔瓦斯抽放试验研究和割缝瓦斯抽放试验研究。试验中观测到了在以往小尺寸试件渗透试验中从未观测到的新现象——瓦斯与水混合着煤间歇性地从抽放孔突出。这与工程实际中钻孔瓦斯抽放时遇到的瓦斯突出现象极为相似...