基于潤東煤業(yè)煤巖體熱力耦合作用下瓦斯?jié)B流特性研究.pdf

1、我國煤與瓦斯突出礦井約占我國煤礦總數的一半左右，制約煤炭安全、綠色、高效生產的瓦斯問題越來越嚴重。研究煤體瓦斯?jié)B流特性，可以為解決我國煤礦低透氣性煤層瓦斯抽采難、抽采率低等問題提供理論依據，對于提高瓦斯抽采效果，促進我國煤礦的安全生產以及開發(fā)新型能源利用具有重要現實意義。
　　基于此背景，論文以能夠真實反映煤巖體特征的原煤煤樣（山西晉煤集團陽城晉圣潤東煤業(yè)3號煤層）為研究對象，通過實驗設備改裝設計、瓦斯?jié)B透性實驗、理論分析、現場驗

2、證及數值模擬相結合的方法對煤樣瓦斯?jié)B透性規(guī)律進行了研究分析，主要內容如下：
　　1.全應力-應變三軸伺服控溫滲流實驗裝置的設計與改裝，實驗系統包括：煤樣試件密封系統；軸壓與圍壓加卸載系統；變溫自動控制系統；負壓自動控制系統；流量、應力、應變等自動監(jiān)測與數據采集系統。
　　2.對煤體結構類型以及煤層瓦斯物理特征及運移規(guī)律進行分析，確定原煤煤樣作為目標煤樣。對煤樣進行了工業(yè)性分析，并對煤的孔隙率(K1)、瓦斯放散初速度(△p)、

3、煤的視密度(ARD)、煤的普氏系數(f)、煤的真密度(TRD)等基本參數進行了測定。
　　3.進行了不同溫度與圍壓條件下煤樣全應力-應變過程力學實驗，得出了圍壓及溫度變化對煤樣的抗壓強度、彈性模量、泊松比的影響規(guī)律，分析了力熱耦合作用下煤體的力學特性。
　　4.進行了煤樣瓦斯?jié)B透性測試，分析了軸壓、圍壓、有效應力、孔隙壓力及溫度變化對滲透率的影響，其主要結論如下：
　　（1）加載軸壓、圍壓在1~10 MPa，軸向應力與

4、煤樣滲透率呈線性函數關系；圍壓與煤樣滲透率呈指數函數關系；滲透率與軸壓和圍壓符合此處公式省略：的函數模型。
　?。?）基于煤樣 Klinkenberg效應，滲透率與瓦斯壓力呈二次函數關系：K＝a+bp1+cp12。
　?。?）溫度變化對煤樣內部結構及瓦斯的吸附解吸產生的變化，基于實驗數據發(fā)現滲透率與溫度變化符合“S”曲線模型。
　　（4）溫度T=25~80℃，煤巖滲透率存在兩個溫度敏感區(qū)，分別在30~50℃和60~70

5、℃。
　?。?）在礦井埋深370 m處施工1號抽放鉆孔（15號煤層）、250 m處施工2號抽放鉆孔（3號煤層），通過對不同埋深的抽放鉆孔自然瓦斯流量、瓦斯抽放濃度以及衰減系數的考察，較好地驗證了加載應力對煤樣瓦斯?jié)B流特性的實驗結論。
　　5.基于單孔瓦斯?jié)B流模型對實驗工況進行COMSOL數值分析數值模擬，其模擬結果和實驗值吻合度較高。
　　其創(chuàng)新點可以歸納為3個方面：
　　1.通過應力場-滲流場實驗研究，并結合數

6、值模擬驗證，推演出山西晉煤集團陽城晉圣潤東煤業(yè)有限公司3號煤原煤煤樣滲透率與軸壓和圍壓的函數模型：此處公式省略：????
　　2.通過應力場-溫度場-滲流場的實驗研究，并結合數值模擬驗證，得到煤樣的溫度和滲透率關系曲線呈“S”型，其函數模型：此處公式省略：
　　3.利用溫度敏感性分析，得到山西晉煤集團陽城晉圣潤東煤業(yè)有限公司3號煤原煤煤樣的溫度高敏感區(qū)分布在30~50℃和60~70℃的范圍內。
　　通過實驗研究、數值模