低滲透含瓦斯煤巖體滲透率壓敏效應的實驗研究.pdf

1、煤炭在我國能源結構中占有舉足輕重的地位。在煤炭的井工開采中，由瓦斯引起的災害事故嚴重影響和制約著煤礦的生產安全和發展。然而瓦斯又是一種可利用的、潔凈的、高熱值的能源，隨著我國經濟的發展和能源結構的調整，瓦斯必將成為21世紀主要的能源之一。無論是將瓦斯作為災害因素加以防治，還是作為清潔能源加以利用，其基礎在于認識清楚瓦斯在煤巖體這種非常規儲層中的賦存和流動規律。本文在實驗的基礎上，根據含瓦斯煤巖的特點，利用流固耦合、有限元分析相關理論，運

2、用數值模擬的方法，得到了一些有益的研究成果：
　?。?）通過實驗室模擬軟弱煤層在地應力場中的滲透性實驗，得出煤巖在加載及卸載過程中的滲透率變化規律，定義了滲透率的壓敏效應指數，其變化規律與滲透率隨有效應力的變化規律相似，能很好的反映滲透率的演化規律；同時將實驗結果與數值模擬、現場實測結合起來，結果表明兩者匹配性較好。
　?。?）從含瓦斯煤巖的物性特征出發，基于孔隙率的基本定義，考慮到游離瓦斯壓力變化對煤體顆粒體積變形的影響，

3、推導出了孔隙率的數學表達式。運用多孔介質有效應力理論，利用一系列假設，推導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，并充分考慮到Klinkenberg效應、基質收縮效應的影響，推導出了滲透率的數學表達式。從瓦斯的運移的一系列基本假設出發，運用達西滲流定律、質量守恒定律，推導出瓦斯運移控制方程。利用COMSOL Multiphyscis多物理場耦合分析軟件對實驗結果進行了驗證。
　?。?）對不同條件下單孔抽放瓦斯

4、運移規律進行了分析。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；隨著抽放時間的推移，煤儲層內瓦斯壓力逐漸降低，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，持續一段時間后，瓦斯量逐漸衰減并趨于穩定。
　?。?）模擬了順層多個鉆孔抽放瓦斯條件下，瓦斯運移規律。隨著抽放時間的增長，各鉆孔的抽放范圍不斷擴大，鉆孔之間產生相互影響。隨著鉆孔間距的減小，鉆孔間影響作用增強，煤層瓦斯