為評估深部煤巖的瓦斯抽采特性,探究不同條件下煤巖滲透率演化規(guī)律,利用含瓦斯煤熱-流-固耦合三軸伺服滲流裝置,開展不同平均有效應(yīng)力和不同孔隙壓力下溫度升高的三軸滲流實(shí)驗.基于分形理論表征溫度引起的煤巖孔裂隙擴(kuò)展和滑脫因子變化情況,進(jìn)一步考慮壓縮變形及滑脫效應(yīng)對煤巖滲透率的影響,建立應(yīng)力與溫度綜合作用的煤巖分形滲透率模型.結(jié)果表明:1)隨溫度升高煤巖整體具有壓縮效應(yīng),滲流通道減小,滲透率先急劇下降后趨于平緩.2)在相同溫度下煤巖滲透率隨平均有效應(yīng)力的增大逐漸減小,隨孔隙壓力增大先急劇減小后趨于平緩.煤巖裂隙壓縮系數(shù)C_f隨平均有效應(yīng)力增大逐漸減小,隨孔隙壓力增大煤巖裂隙性系數(shù)具有相同的變化趨勢.3)新建滲透率模型的計算值和實(shí)測值基本一致,其理論機(jī)理適用性及數(shù)據(jù)匹配度均優(yōu)于Lu模型,該模型可以較好表征多因素影響下的煤巖滲透率演化規(guī)律.4)孔隙壓力較低時,滑脫效應(yīng)較為明顯,且在孔隙壓力升高初期考慮滑脫效應(yīng)的煤巖滲透率曲線比不考慮滑脫效應(yīng)的滲透率曲線更接近實(shí)驗測量值. 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2020,49(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

氣體運(yùn)移通道示意[26]

試驗煤巖選自晉城趙莊煤礦3#煤層,位于二疊系下統(tǒng)山西組,平均厚度為46.10 m.其煤巖以亮煤為主,暗煤次之,主要為碎裂結(jié)構(gòu).本文采取水泥澆筑固定的方法制備原煤試樣,制成Ф50 mm×100 mm試樣用于滲流試驗.所選試驗煤巖形狀完整、無明顯裂隙,為高階無煙煤.滲流試驗裝置為含瓦斯煤熱-流-固耦合三軸伺服滲流裝置[36],如圖2所示.借助該裝置可進(jìn)行不同平均有效應(yīng)力、孔隙壓力下溫度升高的含瓦斯煤三軸滲流試驗.2.2 試驗方案

上述不同平均有效應(yīng)力下溫度升高的滲流試驗方案進(jìn)行含瓦斯煤巖三軸滲流試驗.表1模型輸入?yún)?shù),將試驗數(shù)據(jù)及表1中的參數(shù)代入式(30)中,可得不同平均有效應(yīng)力下煤巖滲透率與溫度關(guān)系,如圖3所示.模型參數(shù)見表2,其中γAAD%為平均絕對偏差.由圖3可知:模型計算值與實(shí)測值吻合度較高,表明所建的應(yīng)力與溫度綜合作用的煤巖分形滲透率模型是可靠的.在相同平均有效應(yīng)力條件下,隨溫度升高煤巖滲透率整體呈下降趨勢[36].一方面由于隨著溫度升高煤巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,產(chǎn)生了熱應(yīng)力.此時煤巖外部受較大應(yīng)力約束,產(chǎn)生的熱應(yīng)力值仍小于平均有效應(yīng)力,因此煤巖整體仍以壓縮效應(yīng)為主.當(dāng)溫度升高時,煤巖裂隙張開,并伴有新裂隙發(fā)育[5].但由于熱應(yīng)力數(shù)值小于外部平均有效應(yīng)力,煤巖無法向外膨脹,只能向內(nèi)部空間發(fā)展,導(dǎo)致瓦斯?jié)B流通道減小,滲透率降低.另一方面,隨著溫度增大,內(nèi)膨脹空間減小,內(nèi)膨脹效應(yīng)趨于極限狀態(tài),因此,煤巖滲透率下降趨勢趨于平緩.

【參考文獻(xiàn)】：
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