气体压力升降过程含瓦斯煤变形与渗流规律及其影响因素的试验研究

摘要

我国煤层瓦斯含量丰富，但大量煤层瓦斯处于千米之下且大多储存于低渗煤储层中，不利于工业化开采。因此，在较大温度范围内系统研究气体压力升降过程中含瓦斯煤瓦斯运移的一般规律就显得非常有意义。此外，低渗煤层的滑脱效应显著，这一现象有利于煤层瓦斯的抽采，因而对气体压力升降过程中滑脱效应的探讨就显得非常有实际意义。
　　本文以重庆松藻煤矿K2煤层制作的型煤煤样作为研究对象，利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服实验装置，进行不同温度条件下先加载后卸载同时改变气体压力以模拟煤层瓦斯集聚和开采过程中的吸附解吸过程，探讨煤的变形及渗透特性。在相同试验条件下进行He的平行渗流试验，探讨滑脱效应对煤渗透特性的影响。主要取得了以下研究成果：
　　1）研究了气体压力升降过程中气压升降对含瓦斯煤变形与渗透率的影响，结果表明：升压阶段应变随气压升高均呈线性变化，降压阶段随气压降低轴向应变增大径向应变减小。渗透率与气压之间变化关系曲线近似呈二次抛物线型，随气压升高先减小后略有增大约在3.0MPa时达到最小。随着气压的升高与降低，煤的体积应变与渗透率呈现相似的变化趋势，约在1.0MPa左右出现拐点。
　　2）研究了气体压力升降过程中温度对含瓦斯煤变形及渗透特性的影响，相同气体压力条件下随温度升高轴向应变先增大后减小在40℃时达到最大，温度升高径向应变总体呈减小趋势。气体压力恒定时渗透率随温度的升高呈先迅速增大后减小的趋势，本试验在50℃出现最高值。
　　3）研究了气体压力升降过程中循环次数对含瓦斯煤变形及渗透特性的影响，充入 CH4条件下，随循环次数增加轴向应变呈增大趋势；径向应变随循环次数增大而减小。充入He条件下随循环次数增加，无论升压还是降压阶段，轴向应变增大、径向应变减小。充入两种气体条件下，随循环次数增加渗透率均呈线性减小。
　　4）研究了气体压力升降过程中气体吸附性对含瓦斯煤变形及渗透特性的影响，煤样中分别充入 He、CH4时，煤样应变随气体压力变化趋势基本一致但后者的应变量明显大于前者。充入两种气体时煤的渗透率随气压升高而降低，约在1.0MPa左右出现拐点且采用He作为试验用气体时煤的渗透率较大。
　　5）研究了气体压力升降过程中滑脱效应对含瓦斯煤渗透特性的影响，滑脱效应产生的渗透率变化量随气体压力变化缓慢，但无论升压还是降压阶段均在1.0MPa左右出现拐点。滑脱效应所引起的渗透率变化量均随气体压力的升高呈幂指数函数规律变化且随温度升高滑脱效应引起的变化量亦增大，随循环次数增加滑脱效应引起的渗透率变化量有减小的趋势。

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封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 实验方法

2.1 煤样采集加工与基本参数测定

2.2 实验设备

2.3 实验方案与步骤

3 气体压力升降过程含瓦斯煤变形与渗流特性

3.1 含瓦斯煤变形特性

3.2 含瓦斯煤渗流特性

3.3含瓦斯煤变形与渗流之关系

3.4本章小结

4 含瓦斯煤变形与渗流特性影响因素研究

4.1 温度的影响

4.2 气体压力升降循环次数的影响

4.3不同吸附性气体的影响

4.4本章小结

5 滑脱效应对含瓦斯煤渗流特性的影响

5.1 基质收缩及滑脱效应的计算

5.2滑脱效应对含瓦斯煤渗流特性的影响

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录