各向异性煤体冲击与渗透特性研究

作     者：郑新军 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：岳高伟

授予年度：2020年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：各向异性 立式冲击实验 渗透性测试 渗透率计算模型 

摘      要：我国煤层大部分属于低渗透煤层,在开采的过程中,瓦斯抽采是影响开采进度的重要因素。由于煤层是非均质且各向异性,其不同方向的渗透率存在着差异性。大量学者对煤层渗透率进行了研究,但对于煤层受冲击之后其不同方向的渗透率变化规律却鲜有报道,基于此,本文通过自制的立式冲击系统装置对不同层理方向煤样进行不同强度的冲击,获得不同冲击强度下煤岩的动态应力变化规律;然后,对受到不同冲击强度的煤样采用TC-Ⅲ多层叠加气藏联合开发模拟装置进行渗透率测试,并建立各向异性煤岩渗透率计算模型,获得不同冲击强度下煤岩的渗透率分布规律。主要结论如下:(1)不同冲击强度下不同层理方向的煤样的应力应变变化规律表现出很大的差异性。在应变率相近的情况下,垂直层理的最大平均峰值应力最大,平行层理的最大平均峰值应力次之,斜交45°层理的最大平均峰值应力最小,峰值应力与应变率成幂指数增长关系,与层理、应变率均相关。(2)在相同的围压和轴压作用下,不同层理方向的原煤试样的渗透率均随入口气压的增大而呈幂指数降低,然而,冲击后不同层理方向煤样的渗透率均随入口气压的增大而呈幂指数增大;且在相同气压时,不同层理方向煤样在受到冲击前后,均是平行于层理方向煤样的渗透率最大,垂直于层理方向煤样的渗透率最小。冲击后煤试样在三个方向的渗透率随冲击的增大呈指数级趋势上升,且平行于层理方向的煤样渗透率最大。(3)通过渗透率计算模型的计算,确定了煤样在受到冲击之前,任意方向煤样的渗透率随着气体压力增大而逐渐降低;在相同围压、轴压下,随着冲量的增大,在任意方向煤样的渗透率逐渐增大;在相同的冲量下,随着气体压力的增大,任意方向煤样的渗透率逐渐增大。