基于体积应变的煤体渗透率模型及影响参数分析

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 6; pp. 2741 - 2756
• Main Authors: 王伟, 余金昊, 方志明, 李小春, 李琦, 陈向军, 王亮
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 河南大学土木建筑学院,河南开封 475004%中国科学院 武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,湖北武汉 430071%河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000%煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116 01.06.2024
• Subjects: 渗透率; 多实验条件模型; REV; multi-experimental condition model; permeability; 参数敏感性; adsorption strain coeffi-cient; 吸附应变系数; parameter sensitivity; 表征单元体
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.0652

TD712; 为研究瓦斯压力变化过程中渗透率演化规律,基于煤体代表性单元体(REV)细观尺度参数与体积应变关联特征推导了 4种不同形式渗透率模型.利用实验数据对模型进行了可靠性验证,分析了有效应力引起的应变和吸附应变的变化规律,并与经典渗透率模型(P-M模型、S-D模型、CONNELL模型)进行对比验证.讨论了模型参数的敏感性,明确了REV细观尺度参数与裂隙率、渗透率的相关关系,并分析了吸附应变系数影响机理,进而对国内主要矿井渗透率极值压力进行了研究.结果表明:基于REV体积应变与REV裂隙体积应变的 4种渗透率模型,其REV体积应变与REV裂隙体积应变线性相关,相关系数为初始裂隙率;体积模量与吸附应变系数分别控制有效应力和吸附应变对渗透率的影响;恒定围压、恒定孔压、恒定差压 3种实验条件下,相比经典渗透率模型,4种渗透率模型对实验数据都有较好的匹配效果,但双参数拟合(体积模量与吸附应变系数)相比单参数拟合(吸附应变系数),参数的拟合误差较大,由参数敏感性分析可知,当参数变化时(<10%)渗透率预测结果相比真实值也有较大偏差;以沁水盆地为例,计算的煤体REV细观尺度参数a0、b0 范围分别为 1.73～46.31 μm和 0.06～0.49 μm;恒定围压与恒定差压条件下,吸附应变系数与差压大小、气体类型及初始裂隙率有关;国内主要矿井CO2 极值压力在 0.94～5.33 MPa,CH4 极值压力在1.06～6.94 MPa.