受载煤样渗透率与应变的关联性研究

来源期刊：煤炭学报2019年第S2期

论文作者：祝捷 唐俊 王琪 兰天翔 林立 姜耀东

文章页码：566 - 573

关键词：渗透率;有效应力;体应变;气体吸附;气体压力;

摘    要：为了研究受载煤岩渗透率与变形的关联性,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,对取自开滦赵各庄煤矿9号煤层的原煤样品,设计完成了围压不变、降低气体压力以及围压、气体压力同步降低的2种实验方案下煤样径向应变、轴向应变和渗透率测试。实验气体分别为氦气和二氧化碳气体。实验结果表明:采用无吸附性气体（氦气）实验时,煤样体应变与气体压力之间基本为线性关系;与含氦气的煤样相比,当其他实验条件相同时,含二氧化碳气体的煤样产生了显著的膨胀体应变,该膨胀体应变是二氧化碳气体的吸附作用导致的。实验显示,相同气体压力下,围压不变、降低气体压力对应的煤样吸附膨胀体应变大于围压、气体压力同步降低时的吸附膨胀体应变,但二者相差小于5.4%,可见本文实验的外部应力降低对煤样吸附应变影响很小。随着气体压力的降低,实验结果显示煤样的宏观变形为体积收缩,但是其渗透率逐渐升高。原因在于煤样的渗透率同时受到有效应力导致的煤体变形和吸附气体解吸引起的煤基质变形的影响,渗透率的变化特征不仅与煤样表面测得的宏观体积变形有关,而且与煤基质变形导致的煤样内部孔裂隙结构变化密切相关。仅依据煤样表面测得的应变不足以解释煤样渗透率与变形的内在联系。考虑到煤样渗透率受有效应力和气体吸附的叠加作用,将含二氧化碳气体煤样的应变分解成两部分,即有效应力导致的应变和气体吸附引起的应变。以S&D渗透率模型为基础,推导了表征煤样渗透率与有效应力导致的应变变化量、气体吸附引起的应变变化量之间关联性方程,该关联性方程为指数函数形式,对实验数据的拟合相关系数大于0.9,拟合效果良好。