【摘 要】
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为更加高效的抽采瓦斯,减少钻孔区域内的空白带,降低突出危险性,考虑煤层中孔裂隙导致的煤层结构各向异性,研究了应力载荷作用下煤层瓦斯的渗流扩散各向异性特征。为研究应力载荷下煤层中瓦斯渗流的各向异性特征,开展了以下研究。理论方面:A.导出了各向异性渗透率的莫尔圆表示方法;B.联立Kozeny-Carman方程和平板流动方程得出各向异性渗透率主值与应变之间的关系;C.定义了方向压缩系数和方向敏感系数,得
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为更加高效的抽采瓦斯,减少钻孔区域内的空白带,降低突出危险性,考虑煤层中孔裂隙导致的煤层结构各向异性,研究了应力载荷作用下煤层瓦斯的渗流扩散各向异性特征。为研究应力载荷下煤层中瓦斯渗流的各向异性特征,开展了以下研究。理论方面:A.导出了各向异性渗透率的莫尔圆表示方法;B.联立Kozeny-Carman方程和平板流动方程得出各向异性渗透率主值与应变之间的关系;C.定义了方向压缩系数和方向敏感系数,得出各向异性渗透率与应力之间的关系,进而得到应力作用下的气体各向异性渗流方程。实验方面:分别钻取0°、45°、90°方向煤样,开展了应力载荷作用下各向异性渗流实验。研究结果表明:(1)按压力梯度方向渗透率的定义,当气压0.5MPa
DA2450>DA3900;(2)当围压2MPa<σ2<4MPa之间,扩散系数随围压的增大而减小,相同围压下的初始扩散系数,满足DA100>DA2450>DA3900。衰减系数随着围压的增大有减小的趋势。为计算瓦斯抽采的效果,导出单孔抽采时的压力分布、有效抽采半径与时间的解析函数关系。考虑渗透率的各向异性,分别计算了均匀布孔于非均匀优化布孔下的瓦斯压力分布。模拟结果表明:120d内,采用均匀布孔方式抽采仍未能达标,而采用优化后的非均匀布孔方式,90d即可抽采达标,同时每百米煤巷节省钻孔12个。
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