温度和轴向变形耦合作用下受载含瓦斯煤渗流规律研究

发布时间：2019-08-02 12:01

【摘要】：利用自主研发的三轴渗流实验装置,恒定围压和瓦斯压力条件,进行不同温度条件下的含瓦斯原煤渗流实验,模拟煤体变形中瓦斯渗流过程,建立了受载含瓦斯煤渗透性与温度和轴向应变的定性定量关系。结果表明:1)轴向应变对受载含瓦斯煤渗透率的影响很大,受载含瓦斯煤屈服之前,渗透率随轴向应变的增加而降低,且降幅逐渐减小;失稳破坏后,渗透率剧增,最高增幅为769%。2)温度变化对渗透率的影响与受载含瓦斯煤所处的变形阶段密不可分,从实验角度说明了开采过程对含瓦斯煤渗流特性的影响分3个主导阶段,即基质外膨胀主导阶段、基质内膨胀主导阶段和滑脱效应主导阶段。3)建立了适合受载含瓦斯煤应变与温度共同影响下的渗透率计算公式k=(a T+b)εc T+d,该公式能很好地描述受载含瓦斯煤渗透率与应变和温度的关系。研究结果可以为瓦斯渗流规律的揭示和矿井瓦斯防治提供理论依据。
【图文】：

eforcoal煤质工业分析吸附常数镜质组反射率Rmax/%Mad/%Aad/%Vdaf/%ab3.1027.4810.5952.9451.0633.95从新鲜煤壁选取尺寸大小合适的煤块，对其进行封蜡。在实验室用Φ50mm×L100mm的岩芯管垂直于煤样层理方向钻取，以保证煤样的原生层位物性参数不变。在钻取煤芯过程中要保持均匀缓慢钻取，以确保钻取煤样的完整性，并在切割机将钻取的煤样上下端面打磨光滑、平行，平滑度小于0.02%，以保证加载时煤样上下端面受力均匀。最后将制作好的煤样放在干燥箱里干燥，以排除水分对实验的影响。煤样实物图如图2所示。图2实验原煤试样Fig.2Rawcoalfortesting1.3实验原理当前研究瓦斯在煤层中的运移有2种方式：一是在裂隙和孔隙中的瓦斯渗流流动；二是吸附瓦斯从微孔面的解吸，并由微孔中向裂隙和孔隙中扩散。但从宏观角度看，在开采过程中瓦斯在煤层中的运动可以视为渗流流动，服从达西定律。文献[12]通过拟压力法，推导出更准确的渗透率计算公式，见公式(1)，，本实验渗透率k按下式计算：rr220012LPQT(Z)kAT(P-P)(1)式中：k为渗透率，mD；Q为实验条件下的瓦斯渗流流量，cm3/s；L为试样长度，cm；A为煤样横截面面积，cm2；Tr为室内温度，K；T0为实验温度，K；Pr为室内大气压力；P1为瓦斯出口端压力，MPa；P0为瓦斯进口端压力，MPa；Z为偏差因子；μ为气体黏度，×10-3Pa·s。3煤样进气口和出气口温度相同，气体压力不同，根据气体物理特性[13]，在同一温度条件下(温度范围为0~100℃)以及0~10MPa的气体压力范围内，偏差因子变化很小，取平均值，ZZ。甲烷气体的黏度按下式[14]计算：40.771.3610T(2)式中：μ为气体黏度，×10-3Pa·s；T为实验温度
【作者单位】： 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培训基地 安全科学与工程学院;内蒙古太西煤集团股份有限公司兴泰煤矿;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2012CB723103) 教育部“创新团队发展计划”项目(IRT1235) 国家自然科学基金项目(51104059) 中国博士后科学基金项目(2013M531674) 河南省瓦斯地质与瓦斯治理省部共建国家重点实验室培育基地开放课题项目(WS2012B07)
【分类号】：TD712

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：2522103