【摘 要】
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瓦斯在煤体中的流动规律是煤矿瓦斯灾害防治领域研究的基础问题,研究含瓦斯煤体渗透规律对于煤层气开发、煤与瓦斯突出防治技术的研究具有重要意义。本文通过实验研究和理论分
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瓦斯在煤体中的流动规律是煤矿瓦斯灾害防治领域研究的基础问题,研究含瓦斯煤体渗透规律对于煤层气开发、煤与瓦斯突出防治技术的研究具有重要意义。本文通过实验研究和理论分析相结合的方法系统的研究了含瓦斯煤体的渗透规律。
创新性的研制了真三轴压力渗透装置和伪三轴出入口压差可调、温度可控的煤岩渗透装置。通过对煤样在不同气体压力条件下,不同压差、不同应力条件下的渗透实验,研究了煤吸附作用和应力对含瓦斯煤体渗透特性的影响规律。结果表明:以达西定律描述含瓦斯煤体的渗流过程误差较大,由于煤对瓦斯的吸附作用,使得瓦斯在煤体中的流动呈现出特有的非线性特征,煤吸附瓦斯量越大,煤体渗透性越小,通过对实验数据的分析,发现渗透率与单位煤体吸附瓦斯量之间符合负幂函数的关系;通过对原煤试样垂直层理和顺层理向的渗透实验发现:煤结构的各向异性对渗透率影响较大,其顺层理和垂直层理向上渗透率差约为一个数量级,并且孔裂隙结构特性的不同,对吸附量影响渗透率的敏感性也不同。原煤与型煤的渗透对比实验表明,粒度小于0.2mm的型煤其成型压力达到100MPa时,渗透率基本与原煤在同一等级,但还是要比原煤渗透率略大。在外加应力和吸附瓦斯的耦合作用下,煤岩渗透率将可能出现两种情况:a,外加应力一定时,瓦斯压力越小,煤岩渗透率越大;b,外加应力一定时,随着瓦斯压力的减小,煤岩渗透率先降低至某一极值后,而逐渐升高。
在实验与理论研究的基础上建立了考虑吸附作用的含瓦斯煤体渗流模型,并对模型进行了分析,利用本实验中的实验数据对模型进行了验证,结果表明新模型较达西定律描述煤层瓦斯渗流过程更合理。
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