發(fā)布時(shí)間：2021-04-11 01:58

　　煤層滲透率不僅直接影響著煤層氣（俗稱瓦斯）抽采的效果,而且還是計(jì)算瓦斯涌出量的關(guān)鍵參數(shù)。為了明確不同壓力條件下含瓦斯煤滲透率的變化規(guī)律,通過考慮有效應(yīng)力和甲烷吸附/解吸對(duì)煤滲透率的綜合影響,建立不同壓力下含瓦斯煤滲透率動(dòng)態(tài)演化模型;進(jìn)而以山西晉煤集團(tuán)岳城礦鉆取的煤樣為樣品,開展了三軸應(yīng)力狀態(tài)下的滲透率測(cè)試實(shí)驗(yàn),并將實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)而探討不同壓力下含瓦斯煤滲透率的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:①滲透率與壓力的關(guān)系曲線呈不規(guī)則的"U"形,在相對(duì)低壓階段,隨著壓力增加,煤基質(zhì)表面的甲烷吸附量增加,煤巖膨脹變形對(duì)滲透率的影響占主導(dǎo)地位,滲透率迅速減低,隨著壓力逐漸增加,甲烷吸附量達(dá)到飽和,有效應(yīng)力對(duì)滲透率的影響占主導(dǎo)地位,滲透率小幅度回升;②實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模型計(jì)算結(jié)果基本吻合,并且變化趨勢(shì)也一致。結(jié)論認(rèn)為,所建立的含瓦斯煤滲透率動(dòng)態(tài)演化模型可靠,可以為煤與瓦斯突出防治及煤層氣有效開采提供技術(shù)支撐。 

【文章來源】：天然氣工業(yè). 2020,40(01)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

滲透率測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物照片

如圖2所示，隨壓力增大，煤樣滲透率先迅速降低，而后逐漸趨于穩(wěn)定，再小幅回升。當(dāng)壓力相對(duì)較低時(shí)，氣體流速較慢，在煤壁上產(chǎn)生滑脫效應(yīng)（滲流速度不等于零），氣體分子的平均自由程與孔喉尺寸相當(dāng)，滲透率較高；隨著壓力增大，煤逐漸吸附甲烷，煤基質(zhì)膨脹，孔隙空間被擠壓變小，滲流通道變窄，滲透率迅速降低；當(dāng)壓力進(jìn)一步增大時(shí)，煤樣滲透率逐漸趨于穩(wěn)定并小幅度上升，表明隨著壓力增大，甲烷吸附速率逐漸降低，煤基質(zhì)膨脹對(duì)滲透率減小的影響程度逐漸減弱，同時(shí)有效應(yīng)力不斷降低，其對(duì)滲透率的影響占了主導(dǎo)地位，從而使?jié)B透率小幅度回升。3 結(jié)果對(duì)比

為了驗(yàn)證所建立的含瓦斯煤滲透率動(dòng)態(tài)演化模型的準(zhǔn)確性，以山西晉煤集團(tuán)岳城礦鉆取的煤樣（表2）為研究對(duì)象，對(duì)不同壓力下煤樣滲透率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和采用滲透率動(dòng)態(tài)演化模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而探討煤滲透率的變化規(guī)律。如圖3所示，在相對(duì)低壓階段，隨著壓力增大，滲透率呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)。這是由于隨著煤巖持續(xù)吸附甲烷，煤基質(zhì)膨脹變形對(duì)滲透率的影響大于有效應(yīng)力降低產(chǎn)生的影響，煤巖孔隙受到擠壓，滲流通道變窄，導(dǎo)致滲透率迅速降低。同時(shí)，滲透率下降的速率逐漸降低，這是由于隨著氣體壓力增大，甲烷吸附趨于飽和，吸附速率逐漸降低，因此煤巖基質(zhì)膨脹變形量增速變緩，對(duì)滲透率的影響逐漸減��；而隨著甲烷吸附速率降低，有效應(yīng)力減小產(chǎn)生的影響逐漸占主導(dǎo)作用，原本被壓縮的部分孔隙擴(kuò)張從而使孔隙度小幅度增加，導(dǎo)致滲透率回升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模型計(jì)算結(jié)果較吻合，且變化趨勢(shì)一致。上述結(jié)果也可以用于解釋隨著煤層壓力逐漸下降，瓦斯抽采越來越容易的現(xiàn)象。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3130734