含瓦斯煤渗透性影响因素重要程度研究

发布时间：2020-08-18 06:54

【摘要】：矿井瓦斯涌出量高、治理困难成为了近年来高瓦斯矿井亟待解决的问题之一,而解决问题的关键在于如何实现瓦斯高效抽采。屯兰矿为煤与瓦斯突出矿井,并且煤层透气性系数较低,开展含瓦斯煤渗透性影响因素重要程度研究,对于利用水力压裂提高瓦斯抽采效率、防治瓦斯灾害事故有着重要的意义。本文以屯兰矿8~#煤层焦煤作为研究对象,利用MTS815岩石伺服试验系统、电液伺服瓦斯渗流试验装置配合声发射监测系统,对含瓦斯煤渗透性影响因素重要程度以及常规三轴加载条件下含瓦斯煤声发射特征进行了试验研究,并利用COMSOL Multiphysics对不同围压、瓦斯压力条件下含瓦斯煤渗流特性进行了数值模拟,得出了以下主要结论:(1)恒温条件下,围压以及煤体含水率的大小对煤体渗透率的变化都有着显著的影响,且煤体渗透率随着围压、含水率的增加而降低,均呈现负指数函数变化规律。在围压6MPa、瓦斯压力0.5MPa条件下,随着含水率从0.18%升至3.15%,煤体渗透率降低幅度达到了69.0%;在围压8MPa、瓦斯压力1.1MPa条件下,煤体渗透率降低幅度则达到了72.5%,降低幅度非常明显。在不同含水率以及固定围压条件下,试件渗透率随着瓦斯压力的增加存在先减小后增大的规律,有非常明显的Klinberg效应,变化趋势呈现为“V”字形。(2)对不同围压条件以及不同瓦斯压力条件下含瓦斯煤声发射特征与渗流特性进行了研究,发现声发射计数、幅值与含瓦斯煤应力曲线之间存在着滞后对应关系,而声发射计数、幅值与煤岩体的破坏变形以及煤岩体内部瓦斯渗流特征存在较好的一致性,能够较好的反映出二者的变化规律。试验结果对于我们研究含瓦斯煤渗透性影响因素重要程度有一定的理论价值。(3)对不同含水率煤样进行了三轴加载条件下的声发射特征研究,试验结果表明,煤样含水率越低,应力加载过程中的应力峰值越高,变形量越大,达到峰值后,轴向应力迅速降低,煤岩体破坏类型趋近于脆性破坏。声发射计数、幅值会在轴向应力前达到峰值,高含水率煤样会比低含水率煤样发生声发射计数时间晚,计数小,同时,高含水率煤样轴向应力峰值较小,声发射计数延续的时间也比低含水率煤样短。(4)根据理论分析以及试验结果,对不同围压、瓦斯压力条件下煤体渗透率变化规律进行了数值模拟,将模拟结果与试验结果对比分析后,发现二者具有较好的一致性,实现了数值模拟与试验结果的互相验证。(5)对瓦斯压力与围压、轴压对含瓦斯煤渗透性影响程度进行分析后,发现在影响含瓦斯煤渗透性方面,瓦斯压力大于围压大于轴压。本文主要研究内容为含瓦斯煤渗透性影响因素重要程度以及常规三轴加载条件下含瓦斯煤声发射特征,试验结果对于我们研究含瓦斯煤岩体的渗流特性、丰富瓦斯渗流理论以及煤岩体变形破坏机理提供了一定的理论价值,可以为实现矿井瓦斯高效抽采以及判定含瓦斯煤岩体失稳破坏提供一定的理论基础。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712

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本文编号：2795898