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1、孔隙壓力對(duì)煤巖基質(zhì)解吸變形影響的試驗(yàn)研究巖土力學(xué)..第卷第期.年月??文章編號(hào)?孔隙壓力對(duì)煤巖基質(zhì)解吸變形影響的試驗(yàn)研究呂祥鋒,潘一山,劉建軍,唐巨鵬,狄軍貞.遼寧工程技術(shù)大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院,遼寧阜新;.西南石油大學(xué)十木程與建筑學(xué)院,成都;.遼寧工程技術(shù)大學(xué)建筑與一程學(xué)院,遼寧阜新摘要:煤層氣開(kāi)采過(guò)程中,伴隨著煤層氣不斷地吸附、解吸和滲流,煤體產(chǎn)牛變形,極易導(dǎo)致煤和瓦斯突出事故。以晉城天地王坡煤礦為例,通過(guò)實(shí)驗(yàn)事內(nèi)試驗(yàn),模擬煤層氣在復(fù)雜地層漫長(zhǎng)的形成和逐漸開(kāi)采過(guò)程,得到了孔隙壓力與解吸量、應(yīng)變的變化關(guān)系,并擬合得出其相
2、心關(guān)系表達(dá)式,揭示了一些新的規(guī)律:初期解吸速度較快,解吸餐隨時(shí)間的增長(zhǎng)而不斷增加,后期解吸速度減緩,解吸量逐漸趨穩(wěn)定;孔隙壓力與解吸量、戍變呈現(xiàn)拋物線曲線關(guān)系,隨孔隙壓力的升高,吸附和膨脹變形占主導(dǎo),其值均在增大;存在最小孔隙魅力值,隨孔隙壓力的增大,解吸時(shí)間增長(zhǎng),孔隙斥力越小,吸附解吸規(guī)律越不明顯,對(duì)于晉城天地乇坡煤礦群煤樣,該值在.左右;不同加載方式對(duì)解吸量和變形量影響較大,先部分加載吸附后全部載荷解吸結(jié)果同比加全部載荷吸附解吸結(jié)果高%~%。試驗(yàn)結(jié)果可為煤層氣抽放安全和煤與瓦斯突出防治提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:煤層氣;
3、解吸;變形;孔隙壓力;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:中圖分類號(hào):.,..,,?,..;.,;.,:,,.,,..,.;.,.;,.;;...,.%一%.;.?:;;;隨著瓦斯氣體的解吸、擴(kuò)散和運(yùn)移以及煤巖體變引言形,煤和瓦斯突出事故常有發(fā)生,給人民財(cái)產(chǎn)和生煤體的形成是一個(gè)復(fù)雜而漫長(zhǎng)的地質(zhì)過(guò)程,在命安全帶來(lái)極大的危害。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)應(yīng)力煤體形成過(guò)程中大量的氣體生成,這種氣體以甲烷作用下煤巖的滲透性能及瓦斯對(duì)煤體力學(xué)性質(zhì)等方為主,俗稱為瓦斯或煤層氣【卜。煤的開(kāi)采過(guò)程伴等【和面進(jìn)行了很多理論和試驗(yàn)研究,收稿期:.基金項(xiàng)目:國(guó)家然科學(xué)基金面
4、上項(xiàng)目.;國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目.國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃計(jì)劃項(xiàng)目.:遼‘。省教育廳高等學(xué)?？萍加?jì)劃項(xiàng)目.。第一作者簡(jiǎn)介:呂樣鋒,男,年生,博七研究生,從事煤層氣開(kāi)采理論及實(shí)驗(yàn)研究。萬(wàn)方數(shù)據(jù)甕巖土力學(xué)等研究了有效應(yīng)力與煤體滲透率的吸并未達(dá)到真正意義的飽和。用排水法測(cè)量解吸氣影響關(guān)系;蔣承林等在孔隙瓦斯壓力與煤巖吸體體積作為煤樣吸附氣體量,同時(shí)記錄相應(yīng)應(yīng)變值。附.解吸變形規(guī)律方面做了許多研究工作;趙陽(yáng)升、試驗(yàn)原理和試驗(yàn)裝置實(shí)物圖分別如圖、所示。胡耀割引、劉貞堂【、章夢(mèng)濤、潘一山和梁冰等【在瓦斯壓力與煤的力學(xué)性質(zhì)方面做了
5、大量的試驗(yàn)研瓶究。但是,在孔隙壓力與煤巖吸附.解吸變形規(guī)律研究方面,機(jī)制還不清晰,規(guī)律不太明確,相關(guān)方面的報(bào)道也不多見(jiàn),而煤層氣的吸附.解吸、擴(kuò)散及滲流,伴隨著煤采出的整個(gè)過(guò)程。隨著煤體的不斷開(kāi)采,煤體和孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化,直接影響著煤體變形及煤層氣的運(yùn)移,因此,研究煤層氣圈煤巖基質(zhì)解吸變形試驗(yàn)原理示意圖運(yùn)移機(jī)制,進(jìn)而尋求孔隙壓力變化與煤巖基質(zhì)變形.之間的關(guān)系,從而為煤田安全生產(chǎn)及煤層氣的合理抽采提供基本理論依據(jù)。試驗(yàn)試驗(yàn)煤樣采自山西晉城天地王坡煤礦,采出煤××層距離地面約。煤樣尺寸為。試驗(yàn)時(shí),先用%的酒精清洗干凈
6、后貼應(yīng)變片,然后把煤樣放置于三軸壓力室的壓頭上,將熱縮管均勻受熱后,使得熱縮管與煤樣緊密包裹。圈煤巖基質(zhì)解吸變形試驗(yàn)裝置實(shí)物圖試驗(yàn)煤樣見(jiàn)圖。.結(jié)果及分析對(duì)不同注氣壓力及不同加載方式下煤巖基質(zhì)解吸變形的試驗(yàn)研究,得到試驗(yàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表。加載方式:試驗(yàn)中,對(duì)試驗(yàn)煤樣施加初始煤層壓力吸附解吸,得到解吸過(guò)程的變形規(guī)律。加載方式:試驗(yàn)過(guò)程中,先對(duì)試驗(yàn)煤樣施加部分壓力吸附,其中,圍壓大于注氣壓力,在全壓條件下進(jìn)行解吸。表試驗(yàn)參數(shù)及部分結(jié)果數(shù)據(jù)麓韶攀?//囂臻./.燃態(tài)圖試驗(yàn)煤樣喀試驗(yàn)在恒壓條件進(jìn)行,環(huán)境溫度為室溫,注氣與層理方向平行
7、。試驗(yàn)過(guò)程中改變注氣壓力及加載方式【模擬煤層氣在復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中漫長(zhǎng)的形成及卸壓開(kāi)采過(guò)程。由于煤層氣主要成份為甲烷,因此,選擇注入甲烷氣體。先注氣高純甲烷,含量,穩(wěn)定后解吸,此大于等于.%吸附時(shí),對(duì)于煤層氣的吸附解吸漫長(zhǎng)過(guò)程來(lái)講,吸附解萬(wàn)方數(shù)據(jù)第期呂祥鋒等:孔隙壓力對(duì)煤巖基質(zhì)解吸變形影響的試驗(yàn)研究規(guī)律具有一致性。由于吸附解吸是可逆的過(guò)程,因.解吸量與解吸時(shí)間關(guān)系、圍壓.試驗(yàn)結(jié)果表明,加載至軸壓.此,煤層氣卸壓開(kāi)采中,解吸占主導(dǎo),煤巖將發(fā)生、孔隙壓力分別為.、.、.時(shí),注氣以收縮為主導(dǎo)的變形。試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)中,應(yīng)變?yōu)樨?fù)吸附解
8、吸各,解吸量隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而不斷增號(hào)表示煤巖基質(zhì)為收縮變形。大圖,最終解吸量隨時(shí)間增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。且孔隙壓力越大,吸附煤層氣量越多,表現(xiàn)出吸附占主導(dǎo)。通過(guò)改變不同的加載方式模擬實(shí)際地層及煤體的復(fù)雜形成和煤層氣逐漸開(kāi)采的過(guò)程,也說(shuō)明了煤層氣的開(kāi)采過(guò)程存在著有效應(yīng)力、基質(zhì)收縮及滑脫效應(yīng)各占主導(dǎo)的階段。圖不同加載方式解吸量與時(shí)間關(guān)系.
