基于弹-塑性变形的含瓦斯煤体渗透率动态演化模型
龙航1
林海飞2
马东民3
李树刚2
季鹏飞1
白杨1
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 7100542.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;中国煤炭工业协会西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心,陕西西安 7100543.西安科技大学地质与环境工程学院,陕西西安 710054
摘要：煤体渗透率演化特征的研究对于合理布置煤层瓦斯抽采参数、提高瓦斯抽采产量具有十分重要意义.为研究不同煤体应力及瓦斯压力对渗透率的影响,开展了瓦斯吸附扩散与受载煤体变形实验,建立了受载煤体分段渗透率动态演化模型,结合实验测试结果对所建立模型的合理性进行验证.研究结果表明:瓦斯吸附量及煤体变形量均随气体压力增大呈Langmuir型变化规律,煤体瓦斯动扩散系数随时间变化呈指数衰减趋势;随着瓦斯压力降低,受载煤体膨胀变形量逐渐减小,渗透率逐渐增大,受载煤体渗透率及膨胀变形量均随煤体应力增大而逐渐降低,应力加载煤体渗透率整体呈现"V"形变化规律,应力峰值处煤体渗透率最小;所建立的煤体渗透率模型中,考虑了瓦斯吸附引起的基质与裂隙变形耦合作用、基质瓦斯动态扩散作用及基质与裂隙物质交换作用;利用实验结果对所建立煤体分段渗透率模型的合理性进行验证,基于弹性变形的煤体渗透率模型能够很好反映出煤体弹性变形阶段的渗透率演化特征,实验范围内,煤体渗透率实验测试与数值模拟结果绝对误差为-0.135×10-15～0.296×10-15 m2,由于渗流引起的煤体体积应变绝对误差为-0.327×10-5～2.026×10-5;考虑塑性变形的煤体渗透率模型也可以反映出煤体应力峰后渗透率变化规律,实验测试结果与数值计算结果的绝对误差为-0.435×10-15～0.997×10-15 m2.
关键词：受载煤体渗透率模型吸附膨胀瓦斯动态扩散弹-塑性变形
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：中国博士后科学基金面上资助项目(2023MD744247)陕西省杰出青年科学基金资助项目(2020JC-48)
论文发表日期：2024-09-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 3859-3871 )
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