瓦斯渗流

摘要： 金刚石串珠绳锯切割煤层可以实现连续性大面积煤层割缝,为了获得割缝后煤层内部的卸压渗流规律,通过煤体瓦斯渗流试验,得出不同损伤煤样的应力-渗透率拟合公式,并在此基础上采用FLAC^(3D)数值模拟方法,分析割缝后煤层的应力及渗透率分布规律.模拟结果表明:煤层割缝后,缝槽上方和下方的煤岩体应力得到释放,形成卸压区,且卸压效果与缝槽的垂直距离成反比,缝槽左右两侧出现应力集中现象;随着割缝工作面的推进,卸压区与渗透率升高区的范围逐渐扩大;随着缝槽数量的增多,煤层应力降低值和渗透率升高值越大,即增加缝槽数量可以获得更好的卸压增透效果.该研究成果对金刚石串珠绳锯切割煤层的工程实践具有一定指导意义.

摘要： 快速准确考察钻孔有效抽采半径一直是煤矿瓦斯高效防治的难题之一,常规数值模拟方法因未贴合真实抽采状态,模拟结果往往存在较大偏差。本研究基于瓦斯吸附、解吸特性和可压缩性,重点分析抽采时煤体的有效应力与孔隙率、渗透性的关系,对瓦斯流动综合偏微分方程进行修正,建立了流固耦合的偏微分控制方程组,随后借助COMSOL Multiphysics软件对不同点位瓦斯压力、孔隙率等变化进行数值模拟,根据阳泉矿区某矿实际拟合得到有效抽采半径公式,现场试验发现理论模拟和实际抽采达标时间偏差小于3天,验证方法可行有效。

摘要： 为深入研究多因素综合作用时煤岩瓦斯渗流规律,自主研制了煤岩力热耦合渗流特性实验装置.实验装置优势明显:可在模拟煤储层原位地质条件下,开展温度、含水率、地应力及注气压力多因素耦合作用下的煤岩瓦斯渗流特性实验,且回压控制系统的设计保证了煤岩渗流特性实验与煤矿现场实际情况相符.同时,利用实验装置进行了多因素综合作用下的瓦斯渗流特性实验研究.结果表明:恒定温度、注气压力条件下,随加载应力的增大,煤样渗透率大幅下降,但加载应力增幅相同时,渗透率下降幅度明显变小;煤样渗透率随含水率的增加逐渐减小,但减小趋势逐渐减缓,且两者符合负相关关系变化规律.

摘要： 为了明确急倾斜煤层瓦斯抽采钻孔的有效抽采范围,合理布置抽采钻孔位置,以乌东煤矿43号煤层为例,利用数值模拟得到急倾斜煤层瓦斯钻孔有效抽采范围随时间变化规律,建立急倾斜煤层钻孔周围气体渗流单元模型,推导了急倾斜煤层有效抽采范围的数学模型并结合现场实测结果对数值模拟和数学模型进行验证,且平均相对误差率较小(均小于5％).数值模拟结果显示:与常规煤层瓦斯钻孔有效抽采范围相比,急倾斜煤层有效抽采距离与抽采时间呈非线性关系;在抽采过程中,有效抽采范围随时间的增加,在钻孔平面不同方向上扩展速度不同,最终趋于稳定后有效抽采范围呈椭圆形区域.通过对急倾斜煤层钻孔周围煤壁上受力状态分析,认为有效抽采范围出现差异的原因主要是钻孔的出现改变了原有的地应力的分布状态,钻孔周围煤壁的稳定性遭到破坏,其附近一定范围内的煤体物理力学性质发生改变,此外,地应力的重新分布对钻孔周围煤层渗透率也产生一定影响.为定量研究垂直于钻孔二维截面上有效抽采范围随时间变化的发展趋势,通过急倾斜煤层有效抽采范围的数学模型得到急倾斜煤层有效抽采范围表达式,分析不同方向上抽采距离扩展速度造成的差异程度,对急倾斜煤层瓦斯抽采钻孔的现场应用具有一定指导作用.

摘要： 为了达到增透煤层与强化瓦斯抽采的目的,选用高压液体割裂煤层设备,在煤峪口矿5101回风顺槽掘进工作面进行了高压液体割裂煤层现场工业试验研究,共计完成了6个循环、总计450 m左右的高压液体割裂煤层工业性试验.经过试验后,5101回风顺槽掘进工作面抽放孔的瓦斯总流量和瓦斯浓度显著增大.

摘要： 为了考察水力挠动措施对软煤及砂岩的卸压增透效果,克服采取高压注水进行煤层瓦斯增浓提效的盲目性.采用自行设计改造的"真三轴水力挠动-瓦斯渗流实验装置"对正方体砂岩及松软煤样试件进行了水力挠动实验.根据泵注压力实时演化曲线分析掌握了2种试件注水过程中裂隙发育、延展规律:泵注过程中砂岩试件经历压裂—多次压裂—完全破裂,最终被高压水完全压裂,其内部裂隙得到充分扩张、衍生,最终相互贯通的裂隙网形成;相反,软煤样试件则经过压裂—压实—闭合,最终被压实闭缝,内部裂隙网络未能展开连通.基于挠动前后渗透率分析对比的基础上实验验证了水力挠动措施对2种试件的适用性:挠动后砂岩试件的渗透率成百倍增加,而软煤试件的渗透能力几乎丧失.与模拟实验相对应,在试验井松软煤层及顶板砂岩中分别布置钻孔进行高压水挠动,措施后采用相关指标对挠动后的瓦斯抽采效果进行了考察:砂岩挠动钻孔措施后的抽采流量、浓度及纯量大幅增加,衰减系数急剧下降;而煤层挠动钻孔相应指标则呈相反趋势.实验结果及现场工程实践均表明:水力挠动作用下砂岩内部发生脆性变形,持续高水压作用下裂隙较好地发育、延展、贯通,较发育的网络系统形成,为下部煤体瓦斯解吸、扩散和运移提供了畅通的流动通道.相反,尽管挠动初期松软煤体内部出现裂隙,但随着注水持续,煤体发生塑性变形,水与煤体形成的煤泥堵塞了天然及人造裂缝(隙),软煤逐渐被压实,瓦斯流动性弱化,渗透性降低.研究成果表明转移挠动对象松软煤体至其坚硬顶板是松软煤层卸压增透的有效途径之一,应用于不适宜采用水力挠动的低透气性突出煤层有望取得较理想的瓦斯治理效果.

摘要： 为了获取工作面采动影响下煤体平行层理及垂直层理裂隙方向的瓦斯渗流规律,采用真三轴瓦斯渗透实验装置对层理裂隙煤样进行多级加卸载路径下轴向瓦斯渗流实验.实验表明:煤样在多级加载过程中经历压实、弹性变形和塑性变形3个阶段,2个轴向的瓦斯渗透率均随应力的增加而降低;卸载过程中,2个轴向的瓦斯渗透率均有部分恢复;加卸载下平行层理x轴向的瓦斯渗透率始终大于垂直层理y轴向.实践中在回采工作面前方布置了垂直层理和平行层理方向的2种钻孔考察瓦斯抽采量.实践表明:加卸载条件下层理裂隙煤样2个轴向的瓦斯渗透特性能真实反映受采动影响的煤体内瓦斯渗透规律;但煤样的加卸载过程不完全等同于回采工作面煤层应力"三区"变化过程,回采工作面充分卸压后的煤体各向渗透率均有较大提高.

摘要： 通过煤体中瓦斯渗透性能测试,采用渗流理论分析瓦斯在煤体中的渗流机制,结果表明:在高压阶段,瓦斯渗透流量Q与压力项△2p/L线性相关,在低压时,渗流曲线Q-△2p/L表现为对Darcy定律线性关系的偏离;瓦斯在煤体中的渗流由非线性转变为线性,即瓦斯在煤体中的渗流由非达西渗流转变为达西渗流,存在转变的临界点.瓦斯在煤体中的渗流与雷诺数相关,雷诺数大时渗流属达西渗流,雷诺数小时渗流为非达西渗流.理论计算分析揭示了瓦斯分子自由程和煤体孔隙结构共同作用导致了非达西渗流现象.

摘要： 使用常规X射线或CT扫描进行图像处理,研究裂隙结构时,主裂隙不易提取,其特征不明显,不能直接反映主裂隙构造与流体速度关系.运用高清相机拍摄井下煤壁X形真实裂隙进行数字化处理,并运用AutoCAD软件提取裂隙特征,将图片矢量化导入Comsol Mutiphysics仿真模拟软件进行计算,模拟得到瓦斯分布压力场和渗流速度场云图.结果表明:含X形裂隙煤样中,瓦斯自入口开始,渗流压力从左至右递减,裂隙通道内瓦斯压力均匀分布,是一段压力缓冲区;非裂隙区渗流速度场分布不均匀,X形裂隙支流处较汇流处瓦斯渗流更为活跃,瓦斯的流向和裂隙走向的夹角对渗流速度有明显的影响,瓦斯自下边界流入时的最大渗流速度是自左边界流入的29.5倍;裂隙通道内的渗流速度与裂隙的尺度成单调递减对数函数关系,裂缝尺度越大,达西渗流速度越低,当裂隙尺度为0.68～1.23 mm时对渗流速度影响最明显.研究成果可直观地了解煤裂隙内瓦斯渗流特征.

摘要： 在煤与瓦斯突出矿井中，防治煤与瓦斯突出的局部措施目前仍以排放钻孔抽排瓦斯为主，借助煤巷掘进工作面的排放带宽度研究可用以确定排放钻孔的有效瓦斯排放半径，为煤层瓦斯防治提供重要的理论指导。在巷道围岩上覆岩层产生的应力分布规律理论研究基础上，将沿垂直巷道方向煤层划分为卸压区、应力集中区(塑性区和弹性区)和原始应力区三个不同破坏区，并建立了相应破坏区的瓦斯渗流规律模型，对巷道壁煤层的瓦斯渗流规律进行了研究；在此基础上进行了瓦斯渗流规律的影响因素研究；研究结果表明采用划分不同破坏区的理论研究能很好地掌握瓦斯赋存规律、为煤巷瓦斯防治提供理论依据。

摘要： 以典型煤与瓦斯突出矿井松藻矿务局打通一矿原煤制备的型煤为研究对象，利用自研制的自压式三轴渗透仪，模拟地应力作用对突出煤瓦斯渗流的影响，得出突出煤试件渗透流速-应力的关系曲线，并建立了渗流速度-轴压、渗流速度-围压的过程方程。

摘要： 对交变电场作用下煤瓦斯渗流特性进行了实验研究.结果表明,交变电场作用下煤的渗透率与体积应力的关系基本上符合负指数方程;交变电场作用使煤的渗透率增大,而且突出煤样的渗透率增大最多,延迟突出煤次之,非突出煤最少.

摘要： 通过加入负压调节系统的含瓦斯煤体假三轴应力加载实验,发现煤体的结构变化可分为四个阶段,即压实阶段、裂隙发展阶段、裂隙形成阶段和破碎阶段.分析了相同轴压或围压条件下负压变化对渗透率的影响,发现在裂隙发育阶段,随负压增大渗透率出现下降和上升两个阶段.结合实验结果建立了负压条件下的气固耦合模型,利用COMSOL模拟了瓦斯抽采过程中负压与孔径对有效抽采半径的影响,引入两个简单指标——压径比与双径比,作为提高抽采负压和增大抽采钻孔孔径对有效抽采半径的提升效果的参考依据,论文结论对提高瓦斯抽采的效率有一定的指导意义.

摘要： 本文从瓦斯流动连续性方程出发，通过煤层瓦斯压力利用反演方法确定煤层的透气性系数及其变化状况。并给出了煤矿瓦斯渗流方程中的透气性系数λ(x，y)的求解方法，应用Tikhonov,正财化方法，给出迭代公式，并用MATLAB软件进行模拟求解。

摘要： 首先建立钻孔周围瓦斯渗流单元体模型，并根据模型推导煤层瓦斯钻孔预抽半径公式；其次在已知安顺煤矿M9煤层原始瓦斯基本参数上，利用公式测算其预抽期与预抽影响半径的关系，最后根据安顺煤矿9100、9102工作面实际预抽钻孔间距在实践中应用效果的对比，可知利用得出的公式测算煤层预抽期与预抽影响半径关系的可行性。

摘要： 本发明公开了一种煤岩层瓦斯动力增透渗流与驱替的模拟试验系统与试验方法。其包括流体注入系统、模型密封加载系统、数据采集和数据处理与控制系统。可实现对大尺度煤岩体在不同载荷下注入流体(气、汽、液)的功能，可用于模拟煤层水力压裂、水力割缝、爆破致裂等增透措施，可用于模拟注气、注热等增产煤层瓦斯措施；可实时监测煤岩体内部的流体流量、压力、固体应力、应变和温度等物理量，探明承压及卸压状态下流体渗流过程中的气体压力场、应力场、形变、温度场等多场耦合演变规律。整套系统结构简单、分工明确、便于拆装，可为水力压裂、水力割缝、爆破致裂、注气、注热等增透增产技术提供试验参数，为理论研究提供验证平台。

摘要： 本发明公开了一种超声波脉冲致裂含瓦斯煤体渗流实验装置及方法，采用超声波不同脉冲方式致裂煤体，使煤体原生裂隙扩展，新生裂隙发育，提高煤层渗透性。本发明在实验室通过施加三轴压力，模拟煤体受到的地应力，对煤样进行超声波空化诱导压裂，监测不同脉冲方式激励前后煤样的渗流特性变化，分析超声波脉冲致裂含瓦斯煤体渗流特性的影响规律，为超声波激励煤体这项新型增透技术提供理论依据和技术支撑。

摘要： 本发明公开了一种煤屑瓦斯扩散渗流测定装置，涉及瓦斯扩散渗流测定技术领域，包括恒温箱、基础罐、对照罐一、对照罐二、抽真空组件以及瓦斯供给组件，其中，所述基础罐、对照罐一以及对照罐二均固定排布在所述恒温箱中，且均分别与由抽真空组件的抽吸端相连，以及与瓦斯供给组件的供给端相连；所述对照罐一能够模拟钻机直接钻进时对于瓦斯扩散渗流的影响；所述对照罐二能够模拟周围钻机钻进时对于瓦斯扩散渗流的影响。

摘要： 本实用新型公开了一种煤样瓦斯面扩散渗流解吸装置，涉及矿井瓦斯防治领域，包括煤样仓、进气口、出气口、进气空腔、透气板、透气孔等。实验时将预制煤样放入煤样仓内，通过密封垫、密封盖、密封螺栓将煤样仓的上部封闭保证煤样仓的气密性；在煤样仓的进气和出气侧，分别通过橡胶圈压紧在煤体表面上，同时上紧进气和出气侧的侧板，保证气体不串流；通过进气口连接瓦斯气瓶，释放气瓶中的高压瓦斯，瓦斯气体通过进气口进入进气空腔内，通过放射型槽均匀的接触在煤体上，实现瓦斯气体由点扩散转为面扩散，保证煤体瓦斯均匀吸附，还原煤体瓦斯的实际渗流状态，提高煤体瓦斯基础实验数据的准确性。

摘要： 本发明公开一种渗流状态下动载诱发煤与瓦斯突出试验方法，适用于煤炭安全领域使用。首先进行模拟突出试验的准备工作，煤粉中间隔埋设有多个放电探头，放电探头通过设置在试件腔体侧壁上的转换接口通过导线连接有电火花震源，然后开展突出孕育准备工作，并通过动载扰动诱发煤与瓦斯突出，最后对突出后的试验数据进行处理和分析；其操作简单、安全，能真实模拟煤矿现场瓦斯渗流状态下的煤与瓦斯突出孕育、发生、发展全过程，系统研究不同吸附压力、不同渗流速度、不同静荷载、不同扰动荷载形式、扰动能量、扰动源位置对煤与瓦斯突出的影响规律，并确定突出动力学失稳判据，对于煤与瓦斯突出防治具有重要的意义。

摘要： 本发明公开了一种真三轴高压水致裂‑瓦斯渗流模拟实验装置，固定板的下侧四角固定安装有四个支撑腿，左右相对的两个支撑腿之间分别设有移动机构，固定板的下侧固定安装有加压室，液压缸的伸缩柱上铰接有盖板，液压缸的伸缩柱的左侧与上工作面之间铰接有电动伸缩杆，位于右侧的两个支撑腿之间设有第一推送机构，位于左侧的两个支撑腿之间设有第二推送机构；通过液压缸伸展带动盖板下降至地面，通过第一推送机构将试样推送至盖板的上工作面上，然后通过液压缸收缩带动盖板上升带动试样进入加压室内进行模拟加压实验，或者实验完毕后通过第二推送机构向右推动实验后的试样使实验后的试样脱离盖板，无需人工搬运试样，机械化程度高，实验效率高。

摘要： 本发明公开了一种低渗煤层酸化增透受载煤体瓦斯渗流多场耦合实验系统，包括煤样夹持器，煤样夹持器用于盛放煤样及吸水海绵；煤样夹持器的进口连接有注气机构，煤样夹持器的出口连接有排放测量机构，煤样夹持器的侧壁连接有用于产生围压的真三轴加载系统；注气机构用于向煤样夹持器内先后注入甲烷气体和硫化氢气体，硫化氢气体用于在煤样夹持器内与水反应生成弱酸液。本发明还公开了相应的实验方法。本发明研制了低渗煤层酸化增透受载煤体瓦斯渗流多场耦合实验系统，开展真三轴条件下受载煤体瓦斯渗流影响因素实验研究，揭示在酸化作用下低渗煤层开采时酸化时间、地应力和温度等因素对特定煤体渗流规律的影响特性，指导被模拟地层的瓦斯抽采实践。

摘要： 本发明公开一种渗流状态下动载诱发煤与瓦斯突出试验方法，适用于煤炭安全领域使用。首先进行模拟突出试验的准备工作，煤粉中间隔埋设有多个放电探头，放电探头通过设置在试件腔体侧壁上的转换接口通过导线连接有电火花震源，然后开展突出孕育准备工作，并通过动载扰动诱发煤与瓦斯突出，最后对突出后的试验数据进行处理和分析；其操作简单、安全，能真实模拟煤矿现场瓦斯渗流状态下的煤与瓦斯突出孕育、发生、发展全过程，系统研究不同吸附压力、不同渗流速度、不同静荷载、不同扰动荷载形式、扰动能量、扰动源位置对煤与瓦斯突出的影响规律，并确定突出动力学失稳判据，对于煤与瓦斯突出防治具有重要的意义。

摘要： 本发明涉及一种水压致裂煤岩体瓦斯渗流模拟装置及抽采量预测方法，根据水压致裂扰动煤岩体的裂隙分布特征，将其沿径向分为强扰动区、弱扰动区和未扰动区，分别对应贯穿裂隙煤岩样、微裂隙煤岩样、完整煤岩样，通过数值模拟确定不同分区的水平应力和垂直应力、不同分区的区域范围半径及裂隙发育程度数据；根据瓦斯压力设计瓦斯气瓶的瓦斯压力；通过串联煤岩样腔体实现精确的符合实际工况的瓦斯渗流模拟试验，获得煤岩层在不同水力压裂条件下的瓦斯抽采量，对指导实际工程具有重要意义。

摘要： 本实用新型公开了一种深部真三轴各向异性煤岩瓦斯渗流耦合试验系统，包括煤岩夹持器，煤岩夹持器的进出气口分别连接有进气总管和排气管，进气总管连接有抽真空管路，进气总管的末端设有三通器，三通器上设有进气电子压力表；抽真空管路与进气口之间的进气总管连接有入口电子压力表；出气口处的排气管上设有出口电子压力表；三通器连接有甲烷支管、氮气支管和二氧化碳支管，进出气口处的进气总管处分别设有进气流速传感和出气流速传感器；煤岩夹持器连接有真三轴加载系统。本实用新型揭示了温度、压力和超声波三场耦合下的煤样渗透率规律，可以得到最佳的煤层渗透率，指导煤层抽采瓦斯的实践，增加能源供给，保护环境。