解吸-渗流-应力作用下煤体变形规律及机理研究

The coal pore pressure will change during the seepage of gas in the coal. The coal deformation will be compressed under the coupling action of pore pressure and stress,and the permeability of coal is reduced. At the same time, the permeability of coal increase because of coal matrix shrinkage caused by desorbing of gas. It is very important for clarifying the law of coal matrix deformation and the evolution mechanism of coal permeability under the effect of desorption-seepage-stress. The law of deformation caused by adsorption/desorption of different coal forming period, different metamorphic grades coal, which is come from different regions in China, is studied by the laboratory experiments and theoretical analysis.The coal superimposed deformation will be studied,through the experiment of coal matrix deformation under the effect of desorption-seepage-stress. The micro experiment will be carried out to study pore structure of coal matrixes and the law of coal matrix deformation caused by desorption, in order to uncover the coal deformation mechanism under the effect of desorption-seepage-stress. All the studies above will be helpful to reveal the characteristics of coal deformation caused desorption in China, to distinguish the complexity in CBM extraction,to select good coalbed methane block，and to study the mechanism of coal and gas outburst.

瓦斯在煤体中渗流引起孔隙压力变化，孔隙压力和应力耦合作用使得煤体压缩变形，煤体渗透率降低；同时煤体因解吸瓦斯收缩变形渗透率增加，进行解吸-渗流-应力作用下煤体变形规律研究对揭示瓦斯在不同的煤层流动过程中煤的变形规律及阐明煤渗透率演化机理有重要意义。采用实验室实验和理论分析相结合的研究方法，进行不同地区、不同成煤时期、不同变质程度的煤吸附/解吸瓦斯过程煤体变形实验，揭示不同煤吸附/解吸瓦斯过程的煤体变形规律；开展解吸-渗流-应力作用下煤体变形实验，探索煤中瓦斯解吸、渗流及在载荷作用下煤体变形叠加关系；开展不同变形特征煤体解吸瓦斯过程煤体孔隙结构演化微观实验，阐明煤解吸瓦斯过程中煤体孔隙结构演化机理和解吸-渗流-应力作用下煤体变形机理。为研究我国不同地区煤在解吸瓦斯过程中的煤体变形规律，辨识煤层瓦斯抽采难易程度及指导煤层气选区，进一步研究煤与瓦斯突出发生机理提供理论依据。

瓦斯在煤体中渗流引起孔隙压力变化，孔隙压力和应力耦合作用使得煤体压缩变形，煤体渗透率降低；同时煤体因解吸瓦斯收缩变形渗透率增加，进行解吸-渗流-应力作用下煤体变形规律研究对揭示瓦斯在不同的煤层流动过程中煤的变形规律及阐明煤渗透率演化机理有重要意义。. 采用实验室实验和理论分析相结合的研究方法，通过采集沙曲矿4#煤、5#煤，西马煤矿12#煤、13#煤、亭南矿4#煤、南梁矿业2-2煤、保利铁新煤矿9#煤、漳村煤矿3#煤煤样，开展了不同地区、不同变质程度的煤吸附/解吸瓦斯过程煤体变形规律、解吸-渗流-应力作用下煤体变形规律和煤体解吸瓦斯过程煤体孔隙结构演化及变形机理研究工作。研究结果表明：不同地区煤吸附/解吸瓦斯过程煤体变形存在较大的差异性，放散初速度快的煤体达到极限变形量的时间短，微小孔比例大的煤体吸附和解吸瓦斯时间长、变形速率慢；在相同的吸附平衡压力下，块状煤吸附量小于粒状煤吸附量，块状煤极限吸附量小于粒状煤。提出了应力-渗流-解吸三因素作用下煤体变形测试方法，测试得到了应力-渗流-解吸三因素分别作用下的煤体的变形规律，应力变化是煤体变形的主控因素，吸附/解吸和渗流过程孔隙压力引起的煤体变形量较小。煤解吸瓦斯过程孔隙压力降低，导致孔隙内自由甲烷分子减少，吸附在煤孔隙表面的甲烷分子解吸向自由空间补充，煤体产生解吸而产生收缩变形。同时，瓦斯压力降低引起有效应力增加，煤基质收缩。. 项目所取得的研究成果为研究我国不同地区煤解吸瓦斯过程中的煤体变形规律及渗透规律提供理论支撑，对涉及煤与瓦斯相互作用的煤层气地面排采、井下瓦斯抽采，煤层硫化氢注碱治理、煤层瓦斯/硫化氢等气体含量测试等工程均提供技术支撑，对进一步研究煤与瓦斯突出发生机理提供前期基础性探索。