1. 西安科技大学,安全科学与工程学院
2. 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室
3. 河南理工大学安全科学与工程学院
纸质出版:2026
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李树刚, 刘泽然, 李博涛, 等. 真三轴应力下液氮注入煤样损伤特性模拟研究[J]. 西安科技大学学报, 2026,46(2):243-255+266.
李树刚, 刘泽然, 李博涛, et al. 真三轴应力下液氮注入煤样损伤特性模拟研究[J]. Journal of Xi'an University of Science and Technology, 2026, 46(2): 243-255+266.
李树刚, 刘泽然, 李博涛, 等. 真三轴应力下液氮注入煤样损伤特性模拟研究[J]. 西安科技大学学报, 2026,46(2):243-255+266. DOI: 10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2026.0202.
李树刚, 刘泽然, 李博涛, et al. 真三轴应力下液氮注入煤样损伤特性模拟研究[J]. Journal of Xi'an University of Science and Technology, 2026, 46(2): 243-255+266. DOI: 10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2026.0202.
为明晰真实地应力下液氮注入煤样内部损伤演化规律,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立非均质煤热-流-固-损伤耦合三维模型,分析注入过程煤样温度、渗透率、损伤变化规律,考虑最小主应力和注入压力等因素,探讨了真三轴应力下液氮注入对煤样损伤的作用机理。结果表明:液氮注入20 min后,低温液氮已接近煤样外表面,煤样内部形成裂隙网络,渗透率相较于未注入时增大2倍;随着最小主应力从2 MPa增至5 MPa
煤样最终损伤呈线性增长趋势,5 MPa应力条件下,煤样最终损伤程度为84.1%;注入压力从0.40 MPa升高至0.55 MPa时,煤样最终损伤程度显著增至92.3%
其中在0.45~0.50 MPa压力区间内损伤增长幅度最为显著,高达24.1%;煤样在三向不等应力的影响下内部低温区域呈明显的方向选择性,煤样损伤优先沿最大主应力方向发展。研究揭示了热-流-固-损伤多场耦合作用下煤样损伤的动态演化规律,可为煤矿现场液氮致裂技术的应用提供一定理论依据。
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