煤的坚固性系数对瓦斯运移的影响

以不同坚固性系数条件下的三轴渗透实验数据为基础,结合渗流力学的基本理论,推导出考虑坚固性系数条件的瓦斯渗流方程,选取贵州五轮山8#煤层构建模型,并通过有限元软件COMSOL Multiphysics计算模拟,得出受坚固性系数影响时,煤层内瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯流速及瓦斯渗透率的变化规律,模拟结果与实验结论保持了较好的一致性。     

坚固性系数对构造煤应力-应变及瓦斯渗透性影响

在三轴渗流仪的基础上自主研发出一种气固耦合三轴伺服渗流实验装置,以坚固性系数f小于0.5的原煤试件为研究对象,结果表明:坚固性系数在0.26~0.48范围内的松软构造煤在应力-应变加载过程中同样经历了5个阶段,然而在坚固性系数较小时则表现为应力跌落范围的逐渐减小或消失;从同一矿区制取的原煤试件瓦斯渗透率随着坚固性系数的增加而增大,且符合二次多项式K=af2+bf+c。     

坚固性系数对不同类型结构煤瓦斯渗透特性的影响

利用三轴渗流实验装置,对新安、新登、演马3个矿区不同类型结构煤的瓦斯渗透率进行了研究,得到以下结论:同一矿区,不同类型结构煤的瓦斯渗透率随着坚固性系数的增大而增大;Ⅱ类煤瓦斯渗透率受坚固性系数的影响较为明显,随着坚固性系数的增加,Ⅱ类煤瓦斯渗透率的增幅是Ⅰ类煤的3倍、Ⅲ类煤的2倍;不同矿区煤的坚固性系数与不同矿区煤的瓦斯渗透率没有必然联系;Ⅱ类煤瓦斯渗透率受外部应力的影响比Ⅰ类、Ⅲ类煤明显。     

煤阶对瓦斯放散初速度及坚固性系数影响研究

为了分析煤阶瓦斯放散初速度数值与煤样坚固性系数的相互关系,采用现场取样,实验室测试的方法,得到760个煤样的挥发分、灰分、瓦斯放散初速度坚固性系数等相关关系。结果表明:瓦斯放散初速度随着变质程度的降低而降低,坚固性系数随变质程度的增高而越小,据这2个指标判定的各变质程度煤样具有突出危险性的等级为:高变质程度无烟煤中变质程度烟煤低变质程度烟煤未变质程度煤;灰分的存在降低了煤样的瓦斯放散初速度△p,提高了煤样的坚固性系数,从而降低了煤与瓦斯的突出危险性。     

水分对含瓦斯煤渗透特性影响的试验研究

以贵州玉舍煤矿3号煤层煤样为实验对象,利用自行研发的三轴渗透仪,进行了不同含水率条件下恒平均有效应力—变温度的三轴渗流实验。研究结果表明:型煤渗透率受水分的影响较敏感,渗透率与水分成反相关关系,并服从指数分布,且含水率越高,型煤的渗透率降低幅度越大;各种实验条件下,含瓦斯煤烘干煤样的渗透率均大于含水煤样的渗透率,且烘干煤样与含水煤样渗透率之间的减小幅度与含瓦斯煤样所受的平均有效应力大小有关;随着温度的增加,干燥煤样和含水煤样渗透率均呈减小趋势,但在55℃后,含水煤样渗透率略有增大。实验结论为贵州瓦斯灾害防治和煤层气的开发利用提供了理论依据。     

煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度测定过程的影响因素分析

煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度是预测煤与瓦斯突出危险性的重要指标。文章首先介绍了实验室测定煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度的原理和步骤,然后根据其测定原理和步骤,并结合实际操作经验,对实验室测定的影响因素进行分析。     

含瓦斯煤渗透率各向异性研究

为研究含瓦斯煤各向异性渗流特征,以原煤煤样为研究对象,以含瓦斯煤三轴渗流实验系统为实验平台,开展了含瓦斯煤的各向异性渗流规律的研究,确定了含瓦斯煤各向异性渗透率主值及其方位的计算方法,定义了含瓦斯煤渗透率各向异性率,重点分析了含瓦斯煤渗透率各向异性动态变化规律和瓦斯优势流动方向的转变现象。研究结果表明:煤体瓦斯流动具有非常明显的各向异性特征,本文所提出的含瓦斯煤各向异性渗透率计算方法简单有效;含瓦斯煤具有较强的应力敏感性,其渗透率与有效应力之间符合负指数函数变化规律;含瓦斯煤渗透率的各向异性随有效应力的变化表现出了明显的动态变化发展规律,优势流动方向存在转变现象。     

煤的坚固性系数测定的实验研究

通过对实验结果的分析，得出了煤样水分含量与其坚固性系数之间的关系；同时得出潮湿煤样干燥后的坚固性系数低于原始干燥煤样的坚固性系数；还得出了同一煤样的坚固性系数随撞击次数的增加而增大，并据此提出了最佳撞击次数的确定方法。     

含瓦斯煤的渗透率演化模型及其影响因素研究

为了研究瓦斯抽采过程中煤体渗透率的变化规律,推导建立了考虑吸附膨胀应力的含瓦斯煤的孔隙率模型和含瓦斯煤的渗透率演化模型,通过三轴应力条件下的含瓦斯煤渗透率实验对该模型进行了验证,两者吻合度较高。基于该模型研究了在孔隙压力卸载状态下煤的弹性模量、初始孔隙率、吸附性常数、吸附膨胀应力系数等对渗透率的影响规律。结果表明：在气体卸压过程中,煤的弹性模量越小,其渗透率的变化率波动就相对越大;煤的初始孔隙率越小,其孔隙率的变化率越大,进而渗透率的变化率也就越大;煤的吸附膨胀应力系数对渗透率的影响作用与Langmuir吸附常数类似,其值越大则气体解吸所引起的渗透率增大就越强,渗透率下降就越缓慢。     

含瓦斯煤渗透率动态演化模型

瓦斯排采过程中煤层渗透率会随着瓦斯压力的变化而动态变化,渗透率的动态演化主要是由有效应力改变及煤体基质收缩两种因素共同作用的结果。基于裂隙平板模型,理论推导了瓦斯解吸、扩散及渗流过程中煤体渗透率的变化关系。利用表面化学与有效应力理论,构建了该过程中基质收缩和有效应力增大等因素影响下的渗透率动态演化模型。根据矿井煤层实测参数,对模型进行了求解。计算结果显示:渗透率与瓦斯压力的关系呈现一种非对称"U"字型变化规律。最后通过渗透率计算结果与实验室实测结果的对比分析,两者吻合度较高,进而验证了理论模型的正确性。     

无烟煤坚固性系数与煤样湿度关系研究

针对目前突出参数测定存在不考虑湿度的问题,通过理论分析和实验室实验研究得到随着无烟煤煤体内水分的增大,坚固性系数f也随之增大,对f值的影响误差甚至可达到35.41%,甚至使小于临界值0.5的突出煤层的测定值增加为大于临界值的非突出煤。     

水-热耦合作用对含瓦斯煤渗透率影响试验研究

以贵州矿区玉舍煤矿1#煤层40~60目的型煤试件为研究对象,借助自主研发的三轴渗流设备开展了不同含水率和温度条件下的三轴渗流试验,系统研究了水-热耦合作用对含瓦斯煤渗透率的影响规律,为瓦斯灾害防治和煤层气开发利用提供理论依据。     

孔隙压力及温度对含瓦斯原煤渗透率影响的试验研究

以贵州矿区林华煤矿9号煤层的原煤试件为研究对象,借助自主研发出口压力可调的三轴渗流装置,开展了不同孔隙压力及温度作用下的三轴渗流试验。研究表明:当进口瓦斯压力恒定,孔隙压力在1.8~2.4 MPa之间变化时,含瓦斯原煤渗透率随孔隙压力变化呈递增的指数函数关系;当孔隙压力不变时,含瓦斯原煤渗透率随温度升高而下降,但下降幅度随温度而异,两者服从乘幂函数分布;若压差不变时,含瓦斯原煤渗透率随温度升高而下降;温度恒定时,含瓦斯原煤渗透率则随压差增大而减小。借助上述试验结果,推导了含瓦斯原煤渗透率受孔隙压力和温度耦合作用的函数关系式。     

粒径对含瓦斯型煤力学性质及渗透特性的影响试验研究

以贵州矿区玉舍煤矿1#煤层3种不同粒径的型煤试件为研究对象,借助MTS815岩石力学伺服系统及自主研发的三轴渗流设备分别开展单轴压缩试验和三轴渗流试验,研究表明:含瓦斯型煤单轴抗压强度随粒径变化呈反相关关系,含瓦斯型煤抗破坏能力随粒径减小而增大;含瓦斯型煤弹性模量随粒径变化亦呈反相关关系;若有效应力恒定,3种粒径含瓦斯型煤渗透率均随温度升高而降低。若温度不变,3种粒径含瓦斯型煤渗透率随有效应力增加而减少;若温度和有效应力均恒定,300~450μm粒径含瓦斯型煤渗透率最高。相同粒径含瓦斯型煤渗透率随有效应力升高而降低。     

含瓦斯煤体力学特性实验研究

应用了胡少斌博士建立的含瓦斯煤体力学特性测试系统,进行了含瓦斯煤全应力-应变实验和含瓦斯煤吸附膨胀实验。实验结果表明,在有效围压一定的条件下,含瓦斯煤体的力学特性的影响与其瓦斯压力有关,瓦斯压力越大,煤体的弹性模量越低,抗压强度越低,抵抗变形的能力越弱;煤体中冲入吸附性越强的气体,对煤体力学特性影响越大,煤体抵抗变形的能力越弱;在固定轴向载荷和有效围压的条件下,煤体内瓦斯压力越大,煤体膨胀变形的速率越快,并且达到最终破坏的形变量也越小;吸附瓦斯和游离瓦斯的存在加速了裂纹劈裂破坏,使煤体更容易发生剪切滑移破坏。     

煤体温度对瓦斯渗透性影响的实验研究

运用实验室自制研究的煤层瓦斯动力模拟系统,进行了煤体在不同温度作用下对瓦斯渗透性影响的实验研究。阐述了温度作用下煤渗透性实验的方法与过程,得到考虑温度变化情况下煤层瓦斯渗流规律。试验结果表明:在不同温度条件下,煤的渗透率随气压的增大而呈指数形式减小;在一定的气体压力下,煤体的渗透率随温度的增加而减少。     

含瓦斯煤渗透率对轴向循环荷载响应特征的试验研究

利用自行研制改造的含瓦斯煤热流固耦合三轴渗流实验装置,以典型豫西"三软"构造煤原煤样为研究对象,轴向等应力循环加卸载作用下含瓦斯构造煤渗透率的影响。结果表明:煤样渗透率在轴向应力加载过程中减小,卸载过程中增大,渗透率与轴向应力在加卸载过程中符合负指数函数分布;渗透率无因次量与有效应力关系表明,渗透率无因次量对有效应力较为敏感,有效应力变大,渗透率无因次量降低速率变大,有效应力减小,渗透率无因次量会有所恢复;循环加载过程中,渗透率对于首次加载敏感性较强,渗透率损失较大。卸载过程中,渗透率恢复不到初始值。同时,循环加卸载过程使煤样塑性变形进一步增加,也使得渗透率对于有效应力的敏感度降低。     

煤体渗透性试验研究

针对水压力对煤体渗透性的影响问题,采用相对渗透系数Kr作为主要参照量,运用实验方法,研究了煤体在不同水压力下的渗透系数Kr,以及轴向应力σ与水压力H的关系。实验结果表明:在静水压低压注水过程中,试验各煤样的渗透系数Kr均较小,煤层注水压力H对煤注水渗透性Kr有显著影响;在注水压力H从低压到高压的连续加载过程中,各组煤样的渗透系数Kr随之呈现连续增加的趋势,煤样轴向压力σ在减小,并且存在临界注水压力H临界;煤体破坏时,临界水压力H临界大于轴向围压,试件出现拉伸破坏,发生裂隙扩展导通泄水现象;以水压力H为基本变量的指数函数σ=a2H+b2和多项式函数Kr对渗透系数σ及轴向应力的变化有较好的拟合性。     

孔隙气压对煤层气体渗透性影响的实验研究

运用瓦斯渗透测试设备,进行孔隙气压对煤体渗透性影响的实验研究。阐述了可控孔隙气压下煤渗透性实验的方法与过程,研究表明,煤的渗透率随孔隙气压增大而减小的特性是由孔隙气压变化引起滑脱效应和孔隙结构本身变化所致。