考虑水分影响的煤岩渗透率模型及演化规律

李波波^1,2,3，李建华¹，杨康¹，任崇鸿¹，许江⁴，高政¹

1. 贵州大学矿业学院2. 贵州大学喀斯特山区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室3. 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地4. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室

摘 要：在开采环境的不断变化过程中,煤岩通常处于气-水共存的状态。为了探究水分与煤岩渗透率之间的反应机制,利用等温吸附装置和含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,分别进行不同含水条件下的等温吸附试验和孔隙压力升高的渗流试验。基于水膜与孔裂隙表面的相互作用及水膜之间分离压的影响,并且考虑压缩变形及滑脱效应对煤岩渗流的贡献率,构建考虑水分影响的渗透率模型,进而分析不同含水条件下煤岩吸附与渗流变化规律。研究结果表明:①在不同含水条件下,煤岩瓦斯吸附量随孔隙压力增大而增大,而随含水率增大,瓦斯吸附量呈减小趋势。同时,吸附变形随着煤岩的吸附作用而变化。②煤岩中的水分易在孔裂隙表面形成吸附性水膜占据气体渗流的通道,并且气态和液态水分子会制约瓦斯流动,因而瓦斯流量随含水率增大而减小。当煤岩含水率恒定时,渗透率随孔隙压先增大后减小趋于平缓;恒定孔隙压力条件下,渗透率随含水率增大显著减小。③考虑压缩变形、吸附变形、水分和孔裂隙间水膜对裂隙宽度的影响,构建了考虑瓦斯和水分耦合作用的渗透率模型,而且煤岩渗透率计算值与实测数据基本保持一致,可以较好的表征含水煤岩的渗透率变化规律。

关键词：煤岩;孔隙压力;水膜;渗透率;滑脱效应;