为评估深部煤岩的瓦斯抽采特性,探究不同条件下煤岩渗透率演化规律,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同平均有效应力和不同孔隙压力下温度升高的三轴渗流实验.基于分形理论表征温度引起的煤岩孔裂隙扩展和滑脱因子变化情况,进一步考虑压缩变形及滑脱效应对煤岩渗透率的影响,建立应力与温度综合作用的煤岩分形渗透率模型.结果表明:1)随温度升高煤岩整体具有压缩效应,渗流通道减小,渗透率先急剧下降后趋于平缓.2)在相同温度下煤岩渗透率随平均有效应力的增大逐渐减小,随孔隙压力增大先急剧减小后趋于平缓.煤岩裂隙压缩系数C_f随平均有效应力增大逐渐减小,随孔隙压力增大煤岩裂隙性系数具有相同的变化趋势.3)新建渗透率模型的计算值和实测值基本一致,其理论机理适用性及数据匹配度均优于Lu模型,该模型可以较好表征多因素影响下的煤岩渗透率演化规律.4)孔隙压力较低时,滑脱效应较为明显,且在孔隙压力升高初期考虑滑脱效应的煤岩渗透率曲线比不考虑滑脱效应的渗透率曲线更接近实验测量值.

国家自然科学基金项目(51804085,51911530203)；黔科合平台人才[2018]5781号；

1 分形渗透率模型
1.1 温度影响的煤岩变形特征
1) 温度影响的煤岩吸附变形
2) 温度引起的膨胀变形
3) 热裂
1.2 气体滑脱因子分形模型
1.3 分形渗透率模型
2 试验方法
2.1 试样制备
2.2 试验方案
3 结果分析及模型验证
3.1 不同有效应力、温度下煤岩渗透性演化规律
3.2 不同孔隙压力、温度下煤岩渗透性演化规律
3.3 模型对比
4 应力、温度和滑脱效应对煤岩渗透性影响
4.1 有效应力对煤岩渗透性的影响
4.2 孔隙压力对煤岩渗透特性的影响
4.3 滑脱效应对煤岩渗透特性的影响
5 结 论

李波波,王斌,杨康,李建华,任崇鸿,许江.应力与温度综合作用的煤岩渗透机理[J].中国矿业大学学报,2020,49(05):844-855.