深部采動影響下固-液-氣耦合機理及瓦斯運移規律研究

《深部采動影響下固-液-氣耦合機理及瓦斯運移規律研究》是依託重慶大學，由蔣長寶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：深部采動影響下固-液-氣耦合機理及瓦斯運移規律研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蔣長寶
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

針對我國深部高瓦斯煤層水處理後實際瓦斯抽采效果和煤與瓦斯突出防治效果參差不齊，煤-水-瓦斯耦合基礎理論研究不足的現狀，採用理論研究、實驗研究、數值模擬和工程驗證四位一體的研究方法，開展具有針對性、科學性、系統性的深部采動影響下煤-水-瓦斯耦合機理及瓦斯運移規律研究。運用自主研製的煤岩固-液-氣耦合細觀力學試驗裝置和煤岩固-液-氣耦合三軸伺服滲流試驗裝置，從多尺度、多場角度研究深部開採影響下含水-瓦斯煤岩體宏、細觀表征及裂隙演化規律，以及高強度開採過程中的應力場、裂隙場和瓦斯流動場耦合的作用機制，建立深部水處理後煤層高強度開採條件下煤岩體塊度與裂隙網路演化模型，建立深部水處理後煤層高強度開採條件下破斷煤岩體固-液-氣耦合模型，提出深部水處理後煤層采動影響下瓦斯運移通道形成與控制理論，為進一步提高深部水處理後的煤層采動影響下瓦斯抽采率和煤與瓦斯突出防治效果提供科學依據和理論基礎。

結題摘要

隨著煤礦開採深度的增加，大量淺部低瓦斯礦井逐漸轉變為高瓦斯礦井，高瓦斯礦井數量逐年增加。為了防治癒加嚴重的瓦斯災害，水治瓦斯是目前煤礦防治瓦斯災害，提高瓦斯抽采率的重要方法之一。本項目採用理論研究、實驗研究、數值模擬和工程驗證四位一體的研究方法，對深部采動影響下固-液-氣耦合機理及瓦斯運移規律進行了深入系統的研究。完成了計畫任務書的研究內容，達到了預期研究目標。取得的主要研究成果如下： 1.分析了煤孔隙-裂隙表面形態與發育程度、煤孔隙孔徑分布。套用自主研製的煤層氣高壓吸附解吸裝置，開展了不同含水率煤的等溫吸附甲烷實驗。 2.套用自主研製的煤岩固-液-氣耦合三軸伺服滲流實驗裝置，進行了有效應力和含水率對煤層滲透率影響的實驗，得到了綜合考慮煤層的含水率和所受有效應力與甲烷有效滲透率關係的數學表達式。建立了考慮煤基質收縮效應和滑脫效應的深部開採條件下破斷煤岩體的固-液-氣耦合模型。 3.套用自主研製的煤岩固-液-氣耦合細觀力學實驗裝置和聲發射儀，進行了采動條件下煤岩破裂過程裂紋演化及聲發射實驗研究。採用斷裂力學對典型裂隙的開裂、擴展機理進行了分析。建立了深部煤層開採條件下煤岩體塊度與裂隙網路演化模型。理論分析了含瓦斯煤岩破裂過程聲發射率同損傷擴展速率的關係，建立了含瓦斯煤岩聲發射率同損傷擴展速率之間的定量關係式；理論分析了含瓦斯煤岩破裂過程聲發射與應力、應變的關係，建立了含瓦斯煤岩破裂過程聲發射與應力、應變的關係式。 4.進行了系統深入的全應力-應變瓦斯滲流實驗研究。包括不同含水率、不同瓦斯壓力、不同圍壓、不同面割理、不同溫度、突出煤和非突出煤、型煤和原煤，循環載入等條件。 5.首次開展了采動應力條件下含瓦斯煤岩的力學和滲透特性實驗。對比了缷圍壓和恆定圍壓條件下煤的力學和滲透特性。系統深入的開展了采動應力條件下含瓦斯煤岩的力學和滲透特性研究，包括不同缷圍壓速率、不同溫度和不同含水率等條件。定義了采動應力條件下煤的側向膨脹係數和變形模量。建立了深部開採條件下含水-瓦斯煤岩體加軸壓卸圍壓過程中的瓦斯滲流模型。 6. 提出了水力壓裂後深部煤層采動影響下瓦斯運移通道形成與控制理論。定義了滲流孔隙。瓦斯運移的難易程度主要受煤層滲流孔隙的控制，煤層中的水通過占據煤層滲流孔隙影響瓦斯的運移；煤層所受有效應力通過引起煤層骨架的變形，改變煤層滲流孔隙，影響煤層的瓦斯有效滲透率。