采动应力扰动下渗透性分区特征及对瓦斯流动的影响

发布时间：2017-12-24 11:04

  本文关键词：采动应力扰动下渗透性分区特征及对瓦斯流动的影响　出处：《中国矿业大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 渗透性分区 煤与瓦斯突出 启动压力梯度 低渗带

【摘要】：本文通过实验室含瓦斯煤的加卸载渗透性实验,结合渗透性随软化模量演化方程和基于PM模型的双重孔隙介质渗透性演化方程建立采动应力扰动下的渗透性演化方程,同时建立了采动应力扰动下含瓦斯煤的气固耦合模型。利用COMSOL Multiphysics软件模拟了采掘面前方煤体的渗透性和瓦斯压力分布规律及煤层低渗带瓦斯富集作用。分析煤样加、卸载实验可知:加载初期煤样渗透率急剧减小,随后趋于恒定;卸载初期煤样渗透率缓慢增加,随后迅速增大,卸载使煤样产生了新的裂隙;随着围压卸荷量的增大,渗透率变化经历了缓慢增加、较快增加和迅速增加三个阶段;卸载过程的渗透率变化不是加载的逆过程,卸载初期渗透率低于加载,随后迅速增大并超过加载过程的渗透率。采掘扰动后煤体渗透性大小相对于原始煤层渗透性具有显著的分区特性。在距离煤壁1.5m范围内煤层受扰动应力影响煤体屈服破坏,煤体内部裂隙充分连通和扩展,为高渗透性区域,其具有的高渗透性降低了瓦斯压力和瓦斯压力梯度构成了防止煤体瓦斯突出的安全带;在距离煤壁1.5m到2.75m范围煤体处于应力集中峰值点前方而且煤体发生塑性屈服,为渗透性增加区;在距2.75m到20m范围内煤体为弹性煤体,为渗透性减小区,其具有的低渗透率增加了前方煤体瓦斯压力和瓦斯压力梯度,为诱发突出积攒了能量。根据基于启动压力梯度的煤层瓦斯一维流动模型数值模拟结果,低渗带渗透性大小及区域大小是影响瓦斯异常富集的重要因素。在低渗带渗透性为正常煤层的0.1、0.01倍时,在顺煤层瓦斯自然流出后低渗带内外瓦斯压力会有极其显著差别。低渗带的存在阻碍了低渗带包围煤层中瓦斯的流出,初期无低渗带和低渗条件煤层瓦斯含量随时间的变化曲线是一致的,而随着时间的变化,低渗带外部煤层瓦斯流出后,低渗带煤层和低渗带包围煤层的瓦斯进一步向外部补充,但是低渗条件和启动压力梯度阻碍了这种补充,使整个煤层的瓦斯含量高于无低渗条件的瓦斯含量。低渗带降低了突出发动耗能和增加了突出潜能,从而增加煤与瓦斯突出的危险。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712

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本文编号：1328089