PDF《低渗煤体渗透特性对其加载轴 （围）压》

0 .

0 5

1 0

2 . 0~1

0 .

0 2 西南大学学报( 自然科学版) h t t p : / / x b b j b . s w u . e d u . c n 第4 1卷2试验结果及分析

2 .

1 不同轴压作用下煤样渗透率随围压变化分析 试验系统采集到的为瓦斯气体在煤样中的平均流量,此处利用达西渗流理论,将流量转化为煤样瓦斯 渗透特性的直观参量,即渗透率 K( mD) .计算公式如下: K =

2 μ P0 Q0 L [ P2 - ( P0 -P2 )

2 ] S (

1 ) K 为渗透率,mD;

Q0 为瓦斯流量, c m

3 / s ;

P0 为实验条件下大气压,MP a ;

μ 为瓦斯动力黏性系数,取10.8*1

0 -6 P a ・ s ;

P1 为进气口瓦斯压力,此处取0 .

5 MP a ;

P2 为出气口瓦斯压力,取0 .

1 MP a ;

L 为煤 样试件长度,取1 0c m. 通过试验分别得到轴压在2 . 0,

4 . 0,

6 . 0,

8 . 0,

1 0 . 0MP a以及围压在2 . 0~1

0 . 0MP a时煤样的渗透率变 化曲线图,如图2所示. 由图2可以看出,煤样的瓦斯渗透率与所受围压之间的曲线趋近于指数函数,试件加载围压从2 MP a 增加到4MP a时,渗透率下降趋势较快,从4MP a至1 0MP a时,渗透率的下降趋势逐渐趋于平缓.主要 原因在于:围压逐渐加载增大的过程中,试件内部由于受压发生了收缩变形,试件内部分布的孔隙( 裂隙) 结构逐渐缩小直至闭合,因而试件的渗透率变小,初期受压变形较快,后期较慢.国内外学者的研究成果 表明[

1 6-1

7 ] ,围压变化对煤岩渗透率的影响规律符合公式(

2 ) 的指数函数关系,按照拟合对试件渗透率与所 受围压进行拟合,可以得到表3中的渗透率 围压关系: K = α e b σ

2 (

2 ) 式中α, b 均为拟合系数. 表3 不同轴压下渗透率 围压试验数据拟合公式 轴压/MP a 围压/ MP a 拟合公式 R

2 2

2 . 0~1 K=1

4 .

4 6

72 3 e -0 .

4 4

57 2 σ

2 0 .

9 9

84 5

4 K=1

4 .

4 6

72 3 e -0 .

4 4

66 9 σ

2 0 .

9 9

79 8

6 K=1

4 .

5 8

66 8 e -0 .

4 4

75 9 σ

2 0 .

9 9

68 1

8 K=1

4 .

5 9

75 5 e -0 .

4 5

31 2 σ

2 0 .

9 9

59 7

1 0 K=1

4 .

6 9

17 3 e -0 .

4 5

33 2 σ

2 0 .

9 9

88 6 从表可以看出,公式相关度较高, R

2 均在0 .

9 9以上,这表明按照上述公式对该煤样试件渗透率及围 压之间的拟合结果具有很高的可信度.

2 .

2 轴压、围压对渗透率试验值与拟合公式计算值对比分析 由表3可知, 5个拟合公式中拟合系数b 均接近-0 .

4 5,将拟合系数b 确定为b= -0 .

4 5.其拟合公式为: K = α e -

0 .

4 5 σ

2 (

3 ) 式中α 为拟合系数,利用公式(

3 ) 重新对图2中的( a -e ) 图分别进行拟合得到表4. 表4 b=-0 .

4 5时不同轴压下渗透率 围压拟合公式 组别 轴压/ MP a 围压/ MP a 拟合公式 R

2 1

2 1~1

0 K=1

4 .

8 3

21 8 e -0 .

4 5 σ

2 0 .

9 9

24 7

2 4 1~1

0 K=1

4 .

8 4

56 8 e -0 .

4 5 σ

2 0 .

9 9

36 5

3 6 1~1

0 K=1

4 .

5 3

56 8 e -0 .

4 5 σ

2 0 .

9 9

42 3

4 8 1~1

0 K=1

4 .

6 7

68 4 e -0 .

4 5 σ

2 0 .

9 9

53 2

5 1

0 1~1

0 K=1

4 .

6 8

68 9 e -0 .

4 5 σ

2 0 .

9 9

64 1

3 第2期 田坤云,等:低渗煤体渗透特性对其加载轴( 围) 压变化响应特征试验研究 图2 不同轴压作用下煤样渗透率随围压变化曲线 按照公式(

4 ) 进行拟合后,由表4可看出其拟合优度R

2 依然均较高,明显看出拟合系数α 随着轴压的 升高呈依次降低的趋势.由此可以认为,在上述试验环境中其拟合系数α 与轴压具有一定的函数关系,对 拟合系数α 与轴压进行拟合分析得到图3. 拟合系数α 与轴压的函数关系: α=1