煤体变形对瓦斯压力恢复影响的实验研究

发布时间：2020-07-17 02:46

【摘要】：论文针对煤层瓦斯压力恢复渗透率评价方法存在流动阶段划分不准的问题,开展煤体变形及瓦斯压力恢复特性研究,分析了煤体应力变形和瓦斯压力作用变形对煤层瓦斯压力恢复流动过程的影响和特征,建立了适用于煤层瓦斯压力恢复模型,划分了压力恢复流动阶段。(1)自制装置模拟实验揭示煤体瓦斯压力恢复过程,准确诊断和划分瓦斯流动阶段。运用压力恢复理论,自制装置模拟煤层钻孔瓦斯压力恢复过程,将煤体瓦斯压力恢复特征曲线与瓦斯压力导数特征曲线相结合,利用双对数压力导数图版拟合法分析压力恢复过程,解决了在模型诊断和流态划分方面存在的不足。(2)在理论基础上建立了煤体瓦斯压力恢复曲线数学模型。借鉴压力恢复曲线在油气井中应用的理论,通过总结现有瓦斯流动规律,结合钻孔瓦斯参数的相互关系与量纲之间的相互转化,从瓦斯流动最本质的方程出发建立适用于煤层测压过程中的渗流模型及解释方法,利用压力恢复公式,采用半对数直线段分析方法实现快速准确的求出煤层渗透率。(3)结合特征曲线与压力图版导数曲线对压力恢复流动阶段准确划分。将压力恢复流动过程划分为瓦斯蓄流段、过渡段、径向流段和稳流段等四个阶段。根据计算所得渗透率与实验测试数据进行对比分析可知,计算结果与实测结果相对误差在7.89%17.39%之间,平均误差为11.05%,误差在可接受范围内,证实了压力恢复特征曲线阶段划分方法的可行性。(4)瓦斯压力变形作用下,随瓦斯压力的等梯度增加,煤样应变值呈“V”字变化,体积应变值与压力恢复速度成反比。瓦斯注入煤样的初始阶段,煤样应变呈收缩状态,短时间内又表现出回弹现象,煤样整体上表现为膨胀变形,煤样应变增长率逐渐较小,变形越大,压力导数曲线径向流段出现的时间越晚。(5)应力作用变形对煤样压力恢复流动起阻碍作用,随轴压等梯度加载,应变变化速率逐渐增大。施加应力的过程中瓦斯渗流通道逐渐劣化使煤体内瓦斯流动速度呈减小趋势。应力增大,导致压力导数曲线山峰越高,压力恢复速度越缓慢,瓦斯在煤体内的流动系数越低,压力导数曲线表现为水平段越靠上,瓦斯压力作用变形与应力作用变形相比对压力恢复过程的影响更为显著。综上所述,本文通过对焦作古汉山矿煤样进行加载煤体瓦斯压力恢复特性进行研究,为后期通过压力恢复曲线了解煤层内部特征及参数测定方面提供了一定的实验与理论基础。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712
【图文】：

恢复曲线,压力恢复曲线,瓦斯压力

内外研究现状煤层瓦斯压力恢复曲线特征研究进展储层瓦斯压力动态变化趋势可分为早、中、晚三个阶段。在早期钻孔瓦斯在孔形成时已排出,钻孔被密封后,其周围的瓦斯气体迅钻孔内的瓦斯压力快速增长。中期阶段，由于前期瓦斯已填满整的瓦斯压力降低,致使煤层深部瓦斯向钻孔处运移,但瓦斯流量呈,钻孔内的瓦斯压力增长趋势相对变小。晚期,随着煤层瓦斯的不断的压力增长速率变缓,钻孔内的瓦斯压力逐渐与远处煤层瓦斯压五一[3]利用时间序列分析的方法，建立钻孔瓦斯压力恢复模型。在程中，较为熟悉的瓦斯压力随着时间的推移其变化趋势将大致出龚帕兹曲线 yt=e(k+abt)和图 1（b）(逻辑斯谛曲线 yt=1/(k+abt))两种种情况对于透气性基本相同的煤层在特定的封孔条件下，其瓦斯变化趋势应当是一致的。

实验系统,结构示意图,压力恢复

的实验与理论基础。2.2 加载条件下瓦斯压力恢复测试系统的研制为了能够深入的对深部煤层钻孔瓦斯压力恢复过程中瓦斯动态流动规律进行研究，本次所加工的实验装备主要利用耐高压密封钢结构腔体、液压油泵加载装置、自动数据采集装置、密封恒温室、高压瓦斯气瓶及减压阀、高精度存储式电子压力计等构成的实验系统，为进行加载条件下瓦斯压力恢复实验的研究提供一种测试结果准确可靠、真实的表征实际矿井煤层中瓦斯的运移情况、测试结果准确可靠的途径。2.2.1 实验系统关键技术本次实验采用自制装置模拟钻孔瓦斯压力恢复测定系统，该实验系统由应力加载系统、气压控制设备、三轴压力仓、数据采集系统、应变测量系统、压力恢复监测系统、抽真空设备、自动化控制系统等 8 部分组成，图 2-1 为实验装置结构示意图，图 2-2 为实验装置实物图。

实验装置图

图 2-2 实验装置图Fig.2-2 laboratory system作系统介绍加载系统系统由两台泵组成，其中一台为进口高精度X/70MPa）用于轴压加载，另一台为江苏珂地公司生缸活塞加压泵）。该组泵计量准确、精度高，具有压力液压泵的加载方式有手动和自动两种，该泵配置通讯，也可人工操作，能够长时间连续不断的提供高精度载。

【参考文献】