机械振动作用下含瓦斯煤岩渗透率演化规律研究下载

weixin_39821228 2020-10-02 07:30:58

为研究机械振动对含瓦斯煤岩渗透率演化规律的影响,从应力平衡角度出发,考虑煤岩体受机械振动应力衰减的特殊性,建立振动作用下含瓦斯煤岩渗透率变化方程,求出不同振动时间、孔隙压力和振动频率下含瓦斯煤岩的渗透率。试验发现:机械振动产生的应力波能够加快煤岩体内部裂隙的发育;煤岩渗透率随孔隙压力的变化规律符合Klinkenberg效应。应用渗透率变化方程计算得出的理论值能够较好地反映试验所获得的渗透率演化规律。
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利用渗透率理论模型对深部煤层渗透率的变化进行了探讨,认为深部煤层地应力主导有效应力的变化,直接或间接的控制着渗透率。要有效增加煤层的渗透率,只能降低地应力。据此开展了煤体卸荷渗透率试验研究,获得煤体卸荷过程中既存在原始裂隙的扩展,也有新生裂隙的产生,两者的综合作用是导致卸荷煤体渗透率骤增的原因。在实验和理论分析的基础上提出了煤体卸荷渗透率演化概念模型,建立了考虑有效应力和瓦斯吸附/解吸变形等因素的、以应变为变量的煤体卸荷损伤增透理论模型。该模型搭建了煤体卸荷与增透的桥梁,可采用岩石力学软件获得的采场围岩应力场和应变场计算得到卸荷后煤岩的渗透率演化规律。最后在窑街煤田海石湾煤矿进行了应用,理论模型的应用使瓦斯抽采设计更科学和有效。

通过理论计算,结合现场经验,推断出了瓦斯通道随采动空间应力的重新分布而扩张与破裂原理,并根据煤体的不同状态拟合出采动煤岩体的应力-渗透曲线,得到采动煤岩体渗透系数随应力变化的曲线方程,从而获得瓦斯通道形成的空间位置与形态。

采动应力场-裂隙场演化及其瓦斯涌出特征研究，李化敏，韦纯福，分析了采动应力场-裂隙场与工作面瓦斯涌出关系,提出了煤岩的渗透性存在突变特征应力（或应变）点的概念。认为来压时工作面顶板的�

为探索轴压加载速率和围压卸载速率对采动含瓦斯煤损伤-渗透时效特性的影响规律,利用煤岩吸附-渗流-力学耦合特性测定仪开展了不同加卸载速率条件下煤体损伤-渗透试验。研究结果表明,轴压加载速率或围压卸载速率越高,试样损伤破坏的时间响应越快,峰值强度呈小幅度降低,即加卸载速率显著影响着试样损伤破坏的时效特性,但对试样抵抗破坏的能力影响较小;加卸载速率较低时试样呈相对稳态损伤,加卸载速率较高时试样损伤程度较高且呈非稳态损伤特征,易发生突崩式破坏;加卸载速率越高,则试样渗透率的时间响应越快,增幅越大,恒轴压卸围压试样的峰后渗透率可达到原始渗透率的163.0%~206.3%;围压卸载对采动煤体损伤-渗透的影响作用远大于轴压加载,因此在工程实践中需适当控制煤层开采速度,以有效避免煤岩瓦斯动力灾害。

煤层的渗透率演化对研究矿井瓦斯抽采、煤层气开采及钻孔优化布置起到至关重要的作用。为了研究瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合作用对煤岩渗透率演化模型的影响，基于应变，探讨了瓦斯压力和应力作用对煤体裂隙变形和渗透率的影响，构建了基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率理论模型，并结合前人的试验数据，对建立的基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率模型进行了对比验证。研究结果表明：①将煤体的结构单元体简化为立方体模型，分别分析了瓦斯压力引起的裂隙变形与煤体基质吸附变形引起的裂隙变形对煤体渗透率的影响；基于煤岩裂隙宽度与渗透率的关系，推导了瓦斯压力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。②侧向应力对裂隙变形的影响与煤体吸附所引起的内膨胀变形相似，均通过改变煤体骨架向裂隙内部膨胀来影响煤体裂隙的变形；通过试验数据验证了侧向应力和法向应力对煤体渗透率的影响机理相同，构建了三向应力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。③结合前人的试验数据，进行了全局优化非线性拟合，与基于有效应力的模型相比，所构建的模型与试验数据吻合度较好，验证了所建立模型的可靠性，并发现裂隙对法向应力的敏感性远大于侧向应力。

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