瓦斯脱附扩散迟滞压力及双重孔隙煤体窜流函数

作     者：刘清泉 褚鹏 黄文怡 吕彪 王亮 张保勇 刘嫄嫄 LIU Qingquan;CHU Peng;HUANG Wenyi;LÜBiao;WANG Liang;ZHANG Baoyong;LIU Yuanyuan

作者机构：中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 黑龙江科技大学安全工程学院黑龙江哈尔滨150022 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第2期

页      面：870-882页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(英才培育工程专项)(2021YCPY0110) 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(重大项目培育专项)(2020ZDPY0224) 中国博士后科学基金面上资助项目(2021M692733)。 

主　　题：瓦斯运移 孔隙-裂隙二重介质 脱附扩散迟滞压力 窜流函数 

摘      要：煤中瓦斯运移要经过脱附-扩散-渗流等贯序环节才能进入钻孔或巷道。大量有关残存瓦斯含量、煤的瓦斯吸附解吸残余变形及吸附解吸迟滞的研究显示,煤中瓦斯脱附扩散过程较吸附扩散过程存在不可忽略的附加阻力,其大小由扩散路径长度及复杂度所控制。脱附扩散附加阻力影响基质系统与裂隙系统间的质量交换,但当前被广泛使用的双重孔隙煤体瓦斯运移模型并未考虑其影响,用于瓦斯抽采流场特性的理论分析时将使瓦斯含量被低估。基质系统与裂隙系统间的质量交换也被称为窜流,窜流函数是计算基质系统与裂隙系统间质量交换量/速率的关键函数。为了修正煤层瓦斯运移模型,开展了以煤粒(煤柱)吸附解吸等温测试模拟裂隙压力恒定的窜流试验,提出了瓦斯脱附扩散迟滞压力用于定量评价附加阻力,修正了双重孔隙煤体窜流函数,并同试验结果进行了对比验证。获得如下成果:明确了瓦斯脱附扩散迟滞压力的概念与物理意义;当最大吸附平衡压力相同时,降压过程中瓦斯脱附扩散迟滞压力随粒径增大而增大,对于同一样品,瓦斯脱附扩散迟滞压力随压降值的增大而减小;使用修正模型模拟煤柱瓦斯解吸过程与试验获得的等温解吸数据匹配度较好,R;可达98.2%。随着开采深度增加,地应力增大,煤的基质尺度将大幅增大,脱附扩散迟滞压力对于煤层瓦斯运移的影响将更加显著,通过技术手段减小脱附扩散迟滞压力应成为深部煤层瓦斯治理或煤层气开发需深入研究的问题之一。