低溫處理煤巖的聲發(fā)射及力學(xué)滲流特性研究

王江濤，趙耀江，趙 亮，王 浩，王菁瑞，張慧娟

（太原理工大學(xué)安全與應(yīng)急管理工程學(xué)院，山西晉中 030600）

近年來(lái)，隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源產(chǎn)業(yè)變革，我國(guó)大力發(fā)展煤層氣等非常規(guī)天然氣，開(kāi)發(fā)和利用煤層氣既是重要的戰(zhàn)略布局也是煤炭產(chǎn)業(yè)鏈能夠如期實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的重要碳減排手段[1-2]。我國(guó)煤層大多屬于低滲煤層，需進(jìn)行增透措施后產(chǎn)氣量才會(huì)有明顯提升[3-4]。低溫致裂增透技術(shù)是通過(guò)向煤巖體注入液氮等低溫液化氣體，利用冷沖擊作用使煤體結(jié)構(gòu)損傷破壞，提高煤體孔隙率和滲透性能，降低煤層氣抽采難度，并提高產(chǎn)氣量[5-7]。相比傳統(tǒng)致裂增透技術(shù)，低溫致裂增透技術(shù)增透效果較好且綠色環(huán)保，受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。

前人針對(duì)低溫致裂煤巖增透技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究。Mc Daniel 等[8]在煤層氣儲(chǔ)層現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行注液氮壓裂試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在初始?jí)毫押髢?chǔ)層增透效果顯著，煤層氣產(chǎn)量有明顯提升，但持續(xù)產(chǎn)氣效果不理想；任韶然等[9]進(jìn)行了液氮冷沖擊對(duì)煤巖聲波傳播的影響試驗(yàn)，認(rèn)為液氮冷沖擊作用能對(duì)煤巖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和力學(xué)強(qiáng)度產(chǎn)生較大改變；張春會(huì)等[10]研究了液氮注入煤巖后其變形、破壞及滲透率演化的過(guò)程；王喬[11]利用CT 掃描技術(shù)和金相顯微鏡對(duì)不同含水煤巖液氮凍融前后表觀細(xì)觀破壞進(jìn)行觀測(cè)；WANG 等[12]、王登科等[13]發(fā)現(xiàn)煤體的非均質(zhì)性和熱應(yīng)力的存在是溫度沖擊增透的主要內(nèi)在機(jī)制，利用熱應(yīng)力理論分析了溫度沖擊破煤機(jī)理；李萬(wàn)和等[14]研究了不同節(jié)理煤巖在液氮浸融4 h 后的損傷情況和力學(xué)性能；郭曉康[15]將煤巖半溶浸于液氮中模擬煤層氣井注液氮時(shí)近井煤巖的狀態(tài)，研究了飽水度、液氮凍融次數(shù)等多種因素對(duì)液氮注入不同類(lèi)型煤體內(nèi)缺陷結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的影響規(guī)律；Xu 等[16]研究了液態(tài)二氧化碳對(duì)煤巖冷熱循環(huán)致裂的效果與循環(huán)次數(shù)和煤變質(zhì)程度的關(guān)系。

前人的研究主要是利用CT、掃描電鏡及超聲波測(cè)試儀等儀器測(cè)定溫度沖擊或循環(huán)冷加載前后煤巖表面及內(nèi)部的損傷變化，或通過(guò)測(cè)定煤巖力學(xué)和滲流特性的變化情況反映低溫對(duì)煤巖結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)低溫沖擊過(guò)程中煤巖損傷的演化規(guī)律研究較少。為此，采用監(jiān)測(cè)煤巖在低溫處理過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)的方法分析煤巖體在低溫作用下其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷演化規(guī)律，并結(jié)合三軸加載滲流試驗(yàn)研究不同低溫作用對(duì)煤巖力學(xué)滲流特性的影響。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備與煤樣制備

試驗(yàn)用煤巖為陽(yáng)泉新景煤礦9#煤層的無(wú)煙煤，井下取得大塊煤樣后用塑料薄膜包裹密封并標(biāo)記取樣信息，用砂線切割機(jī)床加工成平行煤層層理的圓柱煤樣，使用端面切割機(jī)和砂紙切割打磨端面，保證試件兩端面的不平行度誤差在0.02 mm 范圍內(nèi)，最后得到?50 mm×100 mm 的標(biāo)準(zhǔn)試件。將試件在烘干箱內(nèi)60 ℃烘干24 h，保證試件完全干燥。試驗(yàn)系統(tǒng)那個(gè)主要由以下設(shè)備組成：

1）高低溫試驗(yàn)箱。試驗(yàn)使用的高低溫試驗(yàn)箱箱體由保溫隔熱材料制成，采用空氣壓縮機(jī)對(duì)空氣制冷/制熱，從進(jìn)氣口將冷/熱空氣輸入箱體內(nèi)維持設(shè)定溫度，溫度范圍為-45～190 ℃，溫度均勻度≤2 ℃。

2）聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。試驗(yàn)使用的12CHsPCI-2聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由美國(guó)物理聲學(xué)公司生產(chǎn)制造，包括聲發(fā)射傳感器、前置放大器、信號(hào)處理系統(tǒng)等組成部分，聲發(fā)射傳感器型號(hào)為Nano30，工作溫度范圍為-65～177 ℃。

3）WYS-800 微機(jī)控制電液伺服三軸試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)采用太原理工大學(xué)自主研發(fā)的WYS-800 微機(jī)控制電液伺服三軸瓦斯?jié)B流裝置，整體系統(tǒng)主要由自動(dòng)化操作平臺(tái)、壓力加載系統(tǒng)、氣液滲流控制系統(tǒng)及主體試驗(yàn)平臺(tái)等多部分組成，該系統(tǒng)適用于各類(lèi)巖石的標(biāo)準(zhǔn)試件。WYS-800 微機(jī)控制電液伺服三軸滲流裝置示意圖如圖1。

圖1 WYS-800 微機(jī)控制電液伺服三軸滲流裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of WYS-800 microcomputer controlled electro-hydraulic servo three-axis seepage device

1.2 試驗(yàn)方案與步驟

試驗(yàn)分為2 個(gè)階段，先使用低溫環(huán)境箱在不同低溫（0、-20、-40 ℃）下處理試樣連續(xù)5 h，同時(shí)對(duì)煤樣進(jìn)行聲發(fā)射實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，常溫煤樣不進(jìn)行該階段試驗(yàn)，然后對(duì)低溫處理后的煤樣和常溫煤樣分別進(jìn)行三軸加載力學(xué)滲流試驗(yàn)。

1）低溫環(huán)境箱處理煤樣。①測(cè)定煤樣常溫狀態(tài)下的超聲波波速；②將聲發(fā)射探頭通過(guò)密封接口接入低溫環(huán)境箱，確保環(huán)境箱的密閉性能；③關(guān)閉箱體上蓋，設(shè)置目標(biāo)溫度開(kāi)始降溫；④當(dāng)溫度降至目標(biāo)值后打開(kāi)箱體蓋，使用耦合劑快速將聲發(fā)射探頭貼于試件指定部位，將試件水平放置于低溫環(huán)境箱內(nèi)，關(guān)閉箱體上蓋；⑤記錄聲發(fā)射信號(hào)，處理5 h 后保存數(shù)據(jù)，取出煤樣試件放置在常溫環(huán)境中12 h，待其恢復(fù)至常溫狀態(tài)測(cè)定處理后的波速。

2）三軸加載力學(xué)滲流試驗(yàn)。①在煤樣試件表面均勻涂抹硅橡膠，用熱縮套管和喉箍將試件與圍壓加載油路隔絕，在試件外壁安裝徑向引伸計(jì)；②將三軸室下降安裝好后進(jìn)行3 h 抽真空脫氣，向三軸室內(nèi)注入抗磨液壓油，將軸壓和圍壓交替預(yù)加載至3 MPa 后將純度為99.99%、0.5 MPa 壓力的N2通入試樣進(jìn)行8 h 吸附解吸；③待吸附解吸完全平衡后，測(cè)定煤樣初始滲透率，試驗(yàn)系統(tǒng)采用穩(wěn)態(tài)法測(cè)定煤樣滲透率，監(jiān)測(cè)進(jìn)出口氣體壓力和出口氣體流量，測(cè)定3 組數(shù)據(jù)后計(jì)算滲透率，取其平均值為該煤樣的初始滲透率；④再繼續(xù)對(duì)煤樣施加軸壓，加載方式為力加載，加載速率為0.02 kN/s，加載至煤樣破壞，同步監(jiān)測(cè)軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變等數(shù)據(jù)；⑤按照以上步驟完成所有煤樣測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 低溫處理過(guò)程中煤樣聲發(fā)射特征

在0、-20、-40 ℃低溫處理煤樣的過(guò)程中都可檢測(cè)到聲發(fā)射信號(hào)，這說(shuō)明煤樣在低溫處理過(guò)程中內(nèi)部發(fā)生損傷，處理過(guò)程伴隨著孔-裂隙的發(fā)育和萌生，不同溫度處理下聲發(fā)射信號(hào)規(guī)律大致相同。對(duì)比不同溫度下煤樣聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度和密集程度可大致將其分為3 個(gè)階段：初期密集爆發(fā)階段（0～1 000 s）、中期間斷活躍階段（1 000～7 000 s）及末期平靜階段（7 000 s 后）。

2.1.1 煤樣聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)及累計(jì)計(jì)數(shù)

聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)是指超過(guò)門(mén)檻信號(hào)的振蕩次數(shù)，用于聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)，低溫處理全程中超過(guò)門(mén)檻信號(hào)的振蕩次數(shù)總和定義為累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)。這2 個(gè)參數(shù)可以體現(xiàn)低溫處理過(guò)程中煤樣內(nèi)部的損傷斷裂發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和煤樣的損傷程度。不同低溫處理煤樣過(guò)程聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)如圖2。

圖2 不同低溫處理煤樣過(guò)程聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)Fig.2 AE counts in the process of treating coal samples at different low temperatures

低溫處理過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)初期密集爆發(fā)階段為0～1 000 s 左右，在此階段內(nèi)聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)信號(hào)最密集，且存在整個(gè)處理過(guò)程中的振鈴計(jì)數(shù)最大值，在處理溫度為0、-20 ℃時(shí)，該階段的振鈴計(jì)數(shù)值大于全程的70%，處理溫度為-40 ℃時(shí)該階段振鈴計(jì)數(shù)占全程的43.51%，但仍大于其他2 個(gè)階段的振鈴計(jì)數(shù)值。在聲發(fā)射信號(hào)初期密集爆發(fā)階段，-20、-40 ℃處理煤樣的累計(jì)聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)是0 ℃的2倍和4 倍左右。當(dāng)常溫煤樣突然進(jìn)入0、-20、-40℃的低溫環(huán)境中時(shí)，煤樣溫度與環(huán)境溫度有溫度差，根據(jù)傳熱學(xué)原理，煤樣發(fā)生對(duì)流換熱使得其表面溫度迅速下降，且煤巖導(dǎo)熱系數(shù)低，煤樣內(nèi)部降溫較慢，在低溫處理初期煤樣表面附近溫度降低并劇烈收縮，而內(nèi)部煤體體積收縮不明顯，阻礙了外部煤樣的向內(nèi)收縮，從而局部產(chǎn)生熱應(yīng)力導(dǎo)致煤樣表面附近發(fā)生劇烈的裂隙拓展和發(fā)育。

隨著低溫處理的持續(xù)，煤樣外部附近溫度已經(jīng)接近環(huán)境溫度，但內(nèi)部仍存在較小的溫度梯度，相較低溫處理初期聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)的密集爆發(fā)，中期聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)呈間斷活躍狀態(tài)，一段時(shí)間的振鈴計(jì)數(shù)間斷或者數(shù)值較低過(guò)后會(huì)發(fā)生激增。隨著處理溫度的降低，處理中期振鈴計(jì)數(shù)峰值變密集，間斷空白期減少。在不同處理溫度的處理中期，聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)峰值相差不大，大致集中在30～70 次之間，反映出煤樣在不同低溫處理中期發(fā)生損傷破壞的嚴(yán)重程度基本一致，但隨著處理溫度的降低，煤樣發(fā)生損傷破壞的事件數(shù)增多。

低溫處理末期聲發(fā)射信號(hào)逐漸趨于平靜，由于煤樣整體的溫度與環(huán)境溫度已基本相同，在煤樣內(nèi)部幾乎不存在溫度梯度，煤樣內(nèi)部損傷破壞逐漸停止，聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)大幅減少。末期聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)值占處理全程累計(jì)聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)的比例越大，0、-20、-40 ℃低溫處理末期的聲發(fā)射累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)值分別占全程的6.26%、11.21%、32.01%?？梢钥闯鎏幚頊囟仍降?，末期聲發(fā)射事件相對(duì)越多。

2.1.2 煤樣聲發(fā)射信號(hào)幅值

聲發(fā)射信號(hào)幅值與聲發(fā)射事件的大小有直接關(guān)系，可以區(qū)分波源類(lèi)型和強(qiáng)弱。若煤體發(fā)生裂隙拓展延伸或萌生新裂隙類(lèi)的脆性斷裂，對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射信號(hào)幅值會(huì)比較高；若煤體內(nèi)部由于低溫作用收縮不均勻發(fā)生擠壓摩擦，則會(huì)產(chǎn)生幅值較低的聲發(fā)射信號(hào)。因此對(duì)聲發(fā)射信號(hào)幅值分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可了解低溫處理過(guò)程中煤體的損傷類(lèi)型，不同低溫處理過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)的幅值如圖3。

圖3 不同低溫處理煤樣過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)的幅值Fig.3 AE amplitude in the process of treating coal samples at different low temperatures

由于低溫處理1 000 s 后聲發(fā)射信號(hào)較少，因此主要對(duì)低溫處理0～1 000 s 聲發(fā)射信號(hào)初期密集爆發(fā)階段的信號(hào)幅值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

低溫處理煤樣過(guò)程中的聲發(fā)射信號(hào)幅值基本都在90 dB 以下，主要集中在40～60 dB，振幅小于60 dB 的聲發(fā)射事件占處理全程總事件的85%～91%，幅值大于60 dB 的聲發(fā)射事件僅占9%～15%。在煤樣發(fā)生損傷破壞事件最多的初期，低幅值的聲發(fā)射信號(hào)占絕大多數(shù)，高幅值的聲發(fā)射事件較少，這表明低溫處理過(guò)程中煤巖礦物顆粒遇冷收縮不均勻造成的擠壓摩擦占主導(dǎo)作用，脆性斷裂相對(duì)較少。隨著處理溫度降低，高幅值的聲發(fā)射信號(hào)數(shù)量有所增多，這說(shuō)明煤樣內(nèi)部發(fā)生脆性斷裂事件變多，損傷程度更高。

2.2 煤巖低溫作用前后聲波波速的變化

由于超聲波在固體和氣體2 種介質(zhì)中的傳播速率不同，并且超聲波在煤巖內(nèi)部傳播過(guò)程中會(huì)在裂隙處的氣體和煤巖的交界面發(fā)生折射、反射等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致超聲波能量耗散以及波速降低，因此可用超聲波在煤巖內(nèi)部的波速變化判斷其內(nèi)部的損傷程度。下表為煤樣低溫處理前后的波速對(duì)比以及低溫處理后煤巖波速的降幅比例。不同低溫處理煤巖的波速變化見(jiàn)表1。

表1 不同低溫處理煤巖的波速變化Table 1 Wave speed changes of coal and rock treated at different low temperatures

從表1 可看出：煤巖經(jīng)過(guò)低溫處理后其波速較處理前有所衰減，且處理前后波速的降幅隨處理溫度的降低而增大，-40 ℃處理煤樣的波速降幅約為0 ℃處理煤樣的5 倍，這說(shuō)明處理溫度越低，煤巖的損傷程度越高，內(nèi)部的裂隙擴(kuò)展程度越大，萌生新裂隙數(shù)量越多。

2.3 煤巖體低溫?fù)p傷機(jī)理

僅考慮低溫對(duì)干燥煤巖的作用，不考慮煤巖內(nèi)部水分在低溫作用下對(duì)其內(nèi)部損傷的影響。前人研究表明，煤巖體在低溫作用下的損傷主要為原生裂隙拓展和結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)產(chǎn)生新裂隙[17]。

煤巖體是一種孔隙、裂隙共同發(fā)育的雙重孔隙非均質(zhì)天然材料，由不同成分的礦物顆粒和膠結(jié)物組成。不同礦物顆粒的強(qiáng)度和剛度有所差別，在受到低溫作用后其收縮變形程度也不同。由于煤巖體是連續(xù)性介質(zhì)，在受到低溫作用后，組成煤巖體的礦物顆粒受到周?chē)渌V物顆粒的相互作用而不能自由變形，在孔隙或裂隙尖端形成應(yīng)力集中點(diǎn)，導(dǎo)致原生裂隙會(huì)發(fā)生拓展延伸；當(dāng)收縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力大于局部礦物顆粒之間的聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度極限時(shí)，局部會(huì)發(fā)生損傷斷裂，產(chǎn)生新的裂隙。

當(dāng)煤巖體由于外部環(huán)境溫度驟降，靠近冷源的外部礦物顆粒由于整體約束作用不能自由收縮變形而產(chǎn)生的熱應(yīng)力可由下式計(jì)算[18]：

式中：σij為熱應(yīng)力，MPa；αij為煤體線膨脹系數(shù)，試驗(yàn)煤樣測(cè)得為26×10-6℃-1；Eij為煤體彈性模量，取3 209 MPa；△T 為溫度變化，℃；δij為Kronecker符號(hào)，取1。

計(jì)算可知：0 ℃低溫處理時(shí)煤樣局部的熱應(yīng)力為1.67 MPa，-20、-40 ℃低溫處理時(shí)煤樣局部的熱應(yīng)力分別為3.34、5.01 MPa。

通過(guò)對(duì)不同溫度下煤巖體局部產(chǎn)生熱應(yīng)力的計(jì)算，可得出20 ℃常溫煤巖體在環(huán)境溫度驟降至0～-40 ℃時(shí)，其局部會(huì)產(chǎn)生1.67～5.01 MPa 的熱應(yīng)力，產(chǎn)生熱應(yīng)力的大小與溫度差呈正比。對(duì)試驗(yàn)煤樣進(jìn)行巴西劈裂實(shí)驗(yàn)測(cè)得抗拉強(qiáng)度為0.371～1.01 MPa，因此煤巖體局部產(chǎn)生的熱應(yīng)力大于自身抗拉強(qiáng)度，造成煤巖原生裂隙延展和新裂隙發(fā)育。

2.4 低溫作用后煤樣的三軸力學(xué)滲流特性

煤巖試樣經(jīng)過(guò)不同低溫處理后逐漸恢復(fù)至常溫狀態(tài)的過(guò)程中，低溫導(dǎo)致其內(nèi)部發(fā)生了損傷破壞，裂隙發(fā)育必然對(duì)煤巖的抗壓強(qiáng)度和滲流性能造成影響。通過(guò)對(duì)試樣進(jìn)行三軸加載試驗(yàn)，研究低溫作用后煤巖力學(xué)性能和滲流性能的變化情況。

2.4.1 三軸加載時(shí)煤巖的力學(xué)特性

不同低溫處理煤樣偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4?？梢钥闯觯虞d過(guò)程可分為4 個(gè)階段：壓密階段、彈性變形階段、塑性變形階段和峰后破壞階段。

圖4 不同低溫處理煤樣偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖Fig.4 Deviatoric stress-strain curves of coal samples treated at different low temperatures

壓密階段煤樣的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈斜率逐漸增大的微弧形，煤體軸向變形速率隨軸向應(yīng)力的增加逐漸加快，煤體內(nèi)部孔隙、裂隙受到載荷作用逐漸壓密閉合；彈性變形階段，煤樣應(yīng)力應(yīng)變曲線基本呈一定斜率的直線，煤體骨架在發(fā)生彈性形變的同時(shí)，也會(huì)形成少量新裂隙；塑性變形階段，煤體應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率開(kāi)始發(fā)生變化，可以看出處理溫度越低，煤樣開(kāi)始塑性變形的應(yīng)變節(jié)點(diǎn)越提前，此時(shí)煤體所受載荷已經(jīng)超過(guò)彈性極限，煤體開(kāi)始產(chǎn)生裂隙并逐漸膨脹變形；峰后破壞階段，當(dāng)煤樣所受軸向應(yīng)力到達(dá)其強(qiáng)度極限時(shí)，煤體發(fā)生劇烈破壞，軸向應(yīng)力快速跌落，軸向應(yīng)變激增。

不同低溫處理煤樣三軸加載下的力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 不同低溫處理煤樣三軸加載下的力學(xué)性能指標(biāo)Table 2 Mechanical performance indexes under triaxial loading of coal samples processed at different low temperatures

由表2 可以看出：隨著處理溫度的降低，煤樣的抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比也都隨之有明顯降低；其中常溫煤樣與0 ℃處理煤樣的力學(xué)性能差異微小，但-20、-40 ℃處理煤樣的抗壓強(qiáng)度相較于常溫煤樣分別減小了4.3%、15.6%。由于處理溫度越低，煤體損傷程度越大，新生裂隙和原生裂隙拓寬延伸造成煤體孔隙率增大，從而造成了煤體強(qiáng)度下降。

2.4.2 煤樣三軸加載過(guò)程中的滲流特性

不同低溫處理煤樣初始滲透率與初始滲透率增幅見(jiàn)表3。低溫處理煤樣初始滲透率K0與處理溫度T 的關(guān)系如圖5。

圖5 低溫處理煤樣初始滲透率與處理溫度的關(guān)系Fig.5 Relationship between initial permeability of coal sample treated at low temperature and treating temperature

表3 不同低溫處理煤樣初始滲透率與初始滲透率增幅Table 3 Initial permeability and initial permeability increase of coal samples treated at different low temperatures

0、-20、-40 ℃處理后的煤樣初始滲透率相較于常溫煤樣分別增長(zhǎng)了8.15%、23.46%、74.87%。由此可見(jiàn)，隨著處理溫度的降低，煤體局部產(chǎn)生的熱應(yīng)力增大，導(dǎo)致煤體損傷破壞更加劇烈，滲流通道增多拓寬，煤樣滲透率隨之增大。

3 結(jié) 論

1）煤巖在低溫作用下其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生損傷破壞，原生裂隙延展發(fā)育并伴有新裂隙產(chǎn)生，同時(shí)能夠監(jiān)測(cè)到相應(yīng)聲發(fā)射信號(hào)。從聲發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度和密集程度可將煤樣低溫處理分為3 個(gè)階段：初期密集爆發(fā)階段、中期間斷活躍階段及末期平靜階段。

2）隨著處理溫度的降低，處理過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)的振鈴計(jì)數(shù)明顯增多，但幅值分布狀況則基本一致，低幅值信號(hào)占80%左右，中高幅值的信號(hào)較少。煤巖低溫處理過(guò)程中的聲發(fā)射信號(hào)特征為研究低溫?fù)p傷的演化過(guò)程提供了新角度和依據(jù)。

3）低溫處理改變了煤巖原本的力學(xué)性能，隨著處理溫度的降低，煤樣的抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比也都有明顯減小。-20、-40 ℃處理煤樣的抗壓強(qiáng)度相較于常溫煤樣分別減小了4.3%、15.6%。

4）相較常溫煤樣，0、-20、-40 ℃處理的煤樣初始滲透率分別增長(zhǎng)了8.15%、23.46%、74.87%，低溫作用可增強(qiáng)煤體滲流性能，在試驗(yàn)的低溫范圍內(nèi)，處理溫度越低致裂增透效果越顯著。