74 / 2025-11-24 16:58:37

循环浸水对SiO2纳米流体改性煤体力学特性与微裂纹演化影响

煤层注水；纳米流体；循环浸水；煤体变形；能量演化

煤层注水是预防煤与瓦斯突出的有效措施。循环注水是煤层注水中的典型工艺，而循环次数是影响煤层注水效果的关键参数。因此，本文采用循环浸水实验模拟循环注水工艺，并借助力学实验、CT扫描、SEM等手段，研究了SiO2纳米流体改性后，循环浸水次数对煤体力学特性及微裂纹演化影响。实验结果表明，煤样在循环浸水下的力学参数与能量演化曲线均呈现指数型特征，其中经纳米流体改性的煤样在初期浸水阶段表现出更显著的力学性能弱化，但随着循环次数增加，其弱化趋势逐渐趋近于未改性煤样的自然演化规律。具体而言，在首次浸水时，改性处理在峰值应力、弹性模量、剪切模量、体积模量、泊松比、最大弹性能上的弱化效果，分别较未改性样本提升了10.55%、15.35%、16.24%、8.61%、5.24%和7.12%，而总能量的整体弱化效果提升了约25.27%。微观结构分析显示，改性煤体在循环浸水后表现出明显的剪切破坏主导特征，其裂隙体积比增大且结构简化，分形维数显著降低。SiO2纳米颗粒引起的润湿改性效应以及循环浸水所产生的水力作用，是导致煤体力学性能显著衰减的主要因素。本文研究成果对煤层注水工艺参数的合理选择具有一定的指导意义。