三轴条件下递增瓦斯压力和煤样孔隙结构对瓦斯解吸-渗流影响研究

摘要

煤体孔隙结构是影响矿井瓦斯抽采的根源因素，而瓦斯抽采涉及瓦斯解吸-渗流等运移阶段，因此，研究煤体孔隙结构对三轴原位赋存条件下瓦斯解吸-渗流规律的影响十分必要。通过煤层气流固耦合测试平台，对5种代表性煤样进行解吸-渗流试验，研究了递增瓦斯压力下不同煤样解吸量和渗流速率随时间的变化规律，分析了解吸量、渗流速率与递增瓦斯压力相关性。结果表明：在轴压4.0 MPa和围压3.5 MPa条件下，5种典型煤样解吸量、渗流速率随时间变化过程均可分为快速增长、缓慢增长和稳定维持阶段；在瓦斯解吸阶段，赵固二矿(ZG)煤样解吸时间远大于其他煤样，但其解吸量远小于其他煤样，主要是其微小孔与中大孔之间的孔喉结构较多，较小孔喉及封闭孔喉占比较大；瓦斯压力从1.5 MPa递增至2.7 MPa,大柳塔(DLT)煤样解吸率增加最大为54%,而ZG煤样解吸率在40%上下波动(幅度小于4%),瓦斯压力对ZG煤样孔隙结构破坏远低于其他煤样；在瓦斯渗流阶段，煤样瓦斯渗流速率随瓦斯压力递增表现为显著的线性正相关，主要是高瓦斯压力对煤样孔隙和裂隙的扩容效应更强，瓦斯渗流速率将决定现场瓦斯抽采效率，而瓦斯解吸量大小将影响瓦斯抽采能力，二者将共同决定瓦斯抽采效果。基于煤样孔隙结构和递增瓦斯压力条件提出三轴煤样瓦斯解吸-渗流机理，对现场瓦斯抽采及瓦斯灾害防治具有一定借鉴意义。

关键词

解吸-渗流 / 瓦斯压力 / 三轴受载条件 / 孔隙特征 / 煤样