低滲透含瓦斯煤巖體滲透率壓敏效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有舉足輕重的地位。在煤炭的井工開采中，由瓦斯引起的災(zāi)害事故嚴(yán)重影響和制約著煤礦的生產(chǎn)安全和發(fā)展。然而瓦斯又是一種可利用的、潔凈的、高熱值的能源，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，瓦斯必將成為21世紀(jì)主要的能源之一。無論是將瓦斯作為災(zāi)害因素加以防治，還是作為清潔能源加以利用，其基礎(chǔ)在于認(rèn)識(shí)清楚瓦斯在煤巖體這種非常規(guī)儲(chǔ)層中的賦存和流動(dòng)規(guī)律。本文在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)含瓦斯煤巖的特點(diǎn)，利用流固耦合、有限元分析相關(guān)理論，運(yùn)

2、用數(shù)值模擬的方法，得到了一些有益的研究成果：
　?。?）通過實(shí)驗(yàn)室模擬軟弱煤層在地應(yīng)力場(chǎng)中的滲透性實(shí)驗(yàn)，得出煤巖在加載及卸載過程中的滲透率變化規(guī)律，定義了滲透率的壓敏效應(yīng)指數(shù)，其變化規(guī)律與滲透率隨有效應(yīng)力的變化規(guī)律相似，能很好的反映滲透率的演化規(guī)律；同時(shí)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)合起來，結(jié)果表明兩者匹配性較好。
　?。?）從含瓦斯煤巖的物性特征出發(fā)，基于孔隙率的基本定義，考慮到游離瓦斯壓力變化對(duì)煤體顆粒體積變形的影響，

3、推導(dǎo)出了孔隙率的數(shù)學(xué)表達(dá)式。運(yùn)用多孔介質(zhì)有效應(yīng)力理論，利用一系列假設(shè)，推導(dǎo)出了含瓦斯煤巖變形控制方程?；诤咚姑簬r體滲透率的壓敏效應(yīng)，并充分考慮到Klinkenberg效應(yīng)、基質(zhì)收縮效應(yīng)的影響，推導(dǎo)出了滲透率的數(shù)學(xué)表達(dá)式。從瓦斯的運(yùn)移的一系列基本假設(shè)出發(fā)，運(yùn)用達(dá)西滲流定律、質(zhì)量守恒定律，推導(dǎo)出瓦斯運(yùn)移控制方程。利用COMSOL Multiphyscis多物理場(chǎng)耦合分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　?。?）對(duì)不同條件下單孔抽放瓦斯

4、運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了分析。初始階段，瓦斯壓力變化較大，瓦斯壓力梯度較大，瓦斯涌出量大；隨著抽放時(shí)間的推移，煤儲(chǔ)層內(nèi)瓦斯壓力逐漸降低，瓦斯壓力梯度也隨之降低，瓦斯抽放范圍不斷增大。這表明在鉆孔抽放的初始階段，瓦斯抽放量很大，持續(xù)一段時(shí)間后，瓦斯量逐漸衰減并趨于穩(wěn)定。
　?。?）模擬了順層多個(gè)鉆孔抽放瓦斯條件下，瓦斯運(yùn)移規(guī)律。隨著抽放時(shí)間的增長(zhǎng)，各鉆孔的抽放范圍不斷擴(kuò)大，鉆孔之間產(chǎn)生相互影響。隨著鉆孔間距的減小，鉆孔間影響作用增強(qiáng)，煤層瓦斯