原位煤层抽采多重应力演化规律及对渗透率控制机制

摘要：

单一、首采煤层瓦斯抽采均为原位煤层抽采,是煤矿瓦斯抽采的关键与难点.相较于常规岩石储气层,由于吸附瓦斯作用,抽采过程中煤层力学状态响应更加复杂,其演化规律及对渗透率的控制机制尚不明确.为此,本文在不同应力场条件下开展原位煤层抽采过程中渗透率与力学状态演化规律的研究,探讨多重应力对原位煤层渗透率的控制作用.结果表明:(1)原位煤层抽采过程中,煤层水平应力与竖直应变整体呈现了先缓慢后快速下降的变化趋势,其中孔隙压力对煤层力学状态的影响满足线性关系,而瓦斯吸附对其影响则满足相似朗格缪尔方程关系,在此基础上,构建综合考虑地应力、孔隙压力及瓦斯吸附三重应力耦合作用的原位煤层力学状态动态演化模型.(2)煤层渗透率随竖直地应力未见明显变化,而在水平地应力作用下呈现了明显的下降趋势,其主要原因在于煤层割理与水平地应力存在直接的力学作用,而与竖直地应力则不存在这种作用,水平方向的力学状态对渗透率的演化起到了主要控制作用.(3)原位煤层抽采过程中,渗透率随瓦斯压力降低呈现了先缓慢上升后快速上升的变化趋势,当瓦斯被完全抽出时(极限状态)达到最大值;而仅受孔隙压力作用时,渗透率则表现为缓慢下降的变化趋势.(4)孔隙压力与瓦斯吸附均会从改变煤层有效应力,以及在煤层内部通过控制基质变形与割理产生相互作用两个方面控制煤层渗透率的演化,其中瓦斯吸附起到了主要控制作用.现有应力依赖型的渗透率模型中,多简单采用有效应力来表征孔隙压力与气体吸附对煤层渗透率的耦合作用,而这往往会忽略煤层内部煤基质与割理间的相互作用而对渗透率产生的影响.

关键词：采矿工程、瓦斯抽采、原位煤层、渗透率、多重应力场、瓦斯吸附

所属期刊栏目：42

分类号：TD32(矿山压力与支护)

资助基金：国家自然科学基金;中国博士后基金面上资助项目

在线出版日期：2023-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：906-917