PDF《低渗煤体渗透特性对其加载轴 （围）压》

R o n g k u nP a n等[

1 4] 对煤样 不同层理方向进行了加卸载,发现层理结构对煤层中气体渗流规律影响很大,加载过程裂纹破坏很难在卸 载过程中得到恢复. ① 收稿日期:2

0 1

8 0

7 2

4 基金项目:国家自然科学基金项目(

5 1

6 0

4 0

9 1 ) ;

河南省高等学校青年骨干教师项目(

2 0

1 7 G G J S

1 5

3 ) . 作者简介:田坤云(

1 9

8 1 ) ,男,博士,副教授,主要从事矿井瓦斯灾害预测与防治方面的科研与教学工作. 上述有关研究成果均就煤样渗透率与试件所受围压及轴压的关系进行了探讨.本文以义煤集团新安煤 矿主采的二1 煤层为研究对象( 该煤层透气性系数较低) ,在对煤样试件进行轴压及围压加卸载的情况下, 测试加卸载过程不同阶段的渗透率,分别就试件所受围压及轴压与对应的渗透率大小做定性分析,并对渗 透率与两者之间的关系进行定量耦合,以期对煤层瓦斯抽采过程中的钻孔布置提供一定的理论指导.

1 试验系统与方案

1 .C H4 气瓶;

2 . 减压阀;

3 . 调压阀;

4 . 传感器;

5 . 压力表;

6 . 轴压加载系统;

7 . 围压加载系统;

8 . 电热装置;

9 . 气体流量计;

1 0 . 真空容积;

1 1 . 真空泵. 图1 三轴伺服控温全应力 应变渗流试验系统

1 .

1 试验系统 采用 三轴伺服控温全应力 应变渗 流试验系统 模拟煤样在不同温度场,不 同瓦斯压力、不同气体压力以及不同的 应力场等试验条件下的瓦斯气体渗流特 性,采集测量瓦斯气体通过煤样的流量, 对瓦斯气体的渗流特性进行测量及分析. 实验装置如图1所示[

1 5 ] .

1 .

2 试验样品 试验煤样来源于义煤集团新安煤矿 主采的二1 煤层,该煤层为硬度较大的原 生结构煤,在煤层的整形成过程中,未受 到强烈的地质构造活动.采用岩石取样 器现场进行柱状煤芯的钻取,拿回实验 室经过加工后得到高径 比为2∶1 的煤样,即圆柱形煤截面样直径 Ф=5 0mm,长度l=1

0 0mm. 对煤样的基础参数进行测试,主要参数包括:煤的真密度( T R D, g / c m

3 ) 、煤的视密度( A R D, g / c m

3 ) 、煤 的普氏系数( f 值) 、孔隙率( K1, %) 、瓦斯放散初速度( Δ p)等.测试结果如表1所示. 表1 矿区煤样基本参数 普氏系数( f) 瓦斯放散初速度 ( Δ P) 孔隙率( K1) / % 真密度( T R D) / ( g ・c m -3 ) 视密度( A R D) / ( g ・c m -3 )

0 .

9 6

7 .

8 1

2 .

4 3

08 1 .

6 3

52 1 .

5 6

45 0 .

9 8

6 .

9 1

1 .

5 9

97 1 .

7 2

47 1 .

4 3

58 1 .

0 7

7 .

4 1

0 .

2 6

09 1 .

6 9

77 1 .

5 2

35 1 .

3 试验方案 为了研究该矿区煤岩应力作用对瓦斯渗流的影响,试验温度控制在

2 0 ℃定值,轴压分别设置为2 . 0,

4 . 0,

6 . 0,

8 . 0,

1 0 .

0 MP a ;

围压选取在2 . 0~1

0 .

0 M p a ,同时为了尽可能模拟义煤集团新安煤矿主采的二1 煤层矿区工作情况,瓦斯注入压力选用该矿区现场测得煤岩瓦斯压力的平均值

0 .

8 MP a ,抽放负压选取矿 山现场常规抽取瓦斯压力1 5k P a .试验方案中各参数的具体取值参见表2. 表2 渗流特性试验方案 组别 瓦斯压力/ MP a 抽放负压/ MP a 轴压/ MP a 围压/MP a

1 0 .

8 1

5 2

2 . 0~1

0 .

0 2

4 2 . 0~1

0 .

0 3

6 2 . 0~1

0 .

0 4

8 2 . 0~1