气固耦合作用下温度对煤瓦斯渗透率影响规律的实验研究.pdf

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1、第14卷第4期地质力学学报Vo1．14No．42008年12月JOURNALOFGEOMECHANICSDec．2008文章编号：1006．6616(2008)04-0374—07气固耦合作用下温度对煤瓦斯渗透率影响规律的实验研究杨新乐，张永利(1．辽宁工程技术大学，机械工程学院，辽宁阜新123000；2．辽宁工程技术大学，力学与工程学院，辽宁阜新123000)摘要：为得到温度对煤瓦斯渗透率的影响规律，在实验室通过改装三轴渗透仪，进行了不同温度条件下煤瓦斯的渗透率测定实验。实验结果表明，在不同温度下，渗透率随有效应力的减小均呈二次抛物线趋势，即渗透率先减小后增大。

2、在卸载初期，温度较低时煤瓦斯渗透率下降梯度比高温时大，渗透率值较高；卸载后期，较高温度时煤瓦斯渗透率上升梯度比低温时大，渗透率值大。由实验可知，煤层气开采过程中，对于不同温度，煤瓦斯渗透率的变化关系均具有典型煤层气开采的三阶段主导作用特征。有效应力、气体吸热和煤固体受热是影响煤体渗透率的重要因素。在卸载初期，煤固体受热膨胀及有效应力对渗透率起主导作用，卸载中后期，气体滑脱和气体吸热对渗透率起主导作用。实验分析后认为，开采煤层气时采用先压裂后注热的方式将有助于提高煤层气的产量。关键词：煤瓦斯；渗透率；有效应力；温度中图分类号：TD82；P694文献标识码：A0引言煤

3、层气又称煤层瓦斯，在世界大部分地区由于“高储低渗”的特性，一直为各国研究学者所关注。煤层气的抽放开采，不仅可以缓解我国能源短缺的问题，又可以有效防治矿井瓦斯事故，同时保护大气环境。在煤层气成藏和开采过程中，煤层渗透率是影响瓦斯在煤层中的吸附量、解吸渗流量、渗流速度、抽放难易程度及煤与瓦斯突出强度的重要参数。目前，国内外众多学者对煤层瓦斯的渗透率进行过大量的研究。国外有：Sommerton等“研究了应力对煤体的渗透性的影响；Brace2进行了应力作用下岩体渗透率变化规律研究；Enever和Hening找到煤体有效应力对渗透率的影响规律。国内有：周世宁和林柏泉H、赵阳

4、升和胡耀青]、吴世跃和赵文]、唐巨鹏和潘一山等]、姜德义和张广洋等J、谭学术和鲜学福收稿日期：2008．09．18基金项目：国家自然科学基金资助项目(50674053)；辽宁工程技术大学校青年基金资助，大型工况装备实验室青年教师培养计划。作者简介：杨新乐(1980-)，男，辽宁盘锦人，讲师，博士在读，从事工程流体力学研究。E—mail：ra一2003@sina．corno第4期杨新乐等：气固耦合作用下温度对煤瓦斯渗透率影响规律的实验研究375等等许多学者在应力对渗透率的影响方面取得了大量的研究成果，这些成果主要集中研究轴压、围压和瓦斯压力的不同组合即有效应力的变化

5、对煤层渗透率的影响。理论表明，温度对煤层气渗透率的变化有着重要影响[1引，目前围绕这一问题，一些学者也进行了相应的实验，梁冰等n¨通过实验得到非等温条件下煤层气吸附量随时间变化的关系，程瑞端等n在实验室通过两种煤样研究了温度对煤样渗透率的影响规律，然而，近些年在关于温度对煤层气渗透率的影响的研究领域内，相关实验并不多见，而渗透率随温度的变化规律始终未在学术界达成一致。为了更确切的验证温度对煤瓦斯渗透率的影响效果，本文在改进具有自主知识产权的实验装置上，利用较多的煤样在实验室进行实验，得出卸载条件下不同温度煤瓦斯渗透率随水平有效应力的变化规律供相关研究学者参考。1实

6、验系统及实验步骤1．1实验系统本实验系统在具有自主知识产权的三轴渗透仪装置基础上，加入温度控制系统形成。实验系统包括加压系统、稳压系统、瓦斯压力供给系统、温度控制系统、气体测量系统。实验系统及实验装置如图1、图2所示。煤样轴压及围压由手动试压泵通过六通阀供给，加压后通过稳压器(自制)保持压力稳定；孔隙压力通过气体压力调节阀调节，孔隙压力、围压及轴压数值由CWY100精密数字压力表读出，精度0．2级；在三轴渗透仪上安装加热棒对煤样包围介质(水)加热来改变煤样温度，温度控制采用热电偶测温原理，使用N-6O0O智能型数显温度控制仪控制；渗流气体量值通过转子流量计直接读取

7、。实验用煤样取自长春华兴煤矿、辽宁铁法煤矿、辽宁阜新海州矿及五龙矿。实验用气体采用纯度99．99％的甲烷气，由于甲烷有微毒，实验室保持通风。1．2实验步骤1)煤样制备。新鲜煤样运送至实验室后经切割机切割成50mm×50mm×100mm的标准煤试样后，称重后置于真空干燥箱内，加热到100~C～105℃时恒温8h，再冷却至室温后备用。压力表2)选取合适的煤样(选取表面裂隙水平层理特征明显的煤样)装入三轴渗透仪，装入时要用胶布和热缩套进行密封，防止加压时水浸入煤样中，破坏实验。3)三轴渗透仪密闭后，先加上预先设定好的最大围压和轴压，关闭六通图1温控三轴渗透率测定实验系统

8、示意图阀围