温度、应力作用下非均质煤体蠕变—渗流规律研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:clarrencewarren
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注热开采煤层气(瓦斯),作为一种新兴的增产煤层气技术手段,由于其可行性比较高,已经受到国内外广泛的关注。关于注热开采煤层气相关的研究已经比较多。但是在这些研究中,大多都把重点放在注热促进煤体瓦斯解吸以及瓦斯渗流等方面,而把含瓦斯煤体当成一个弹性体来进行计算,忽略了温度与应力对于含瓦斯煤体蠕变的影响以及其渗透率的变化。在本文中,以不同温度、应力作用下的含瓦斯煤体为研究对象,对于热力耦合条件下、煤体蠕变过程中瓦斯的渗流规律进行研究。首先,建立了含瓦斯煤体的静力平衡方程、考虑温度影响的含瓦斯煤体三维蠕变方程及其渗流场方程,通过这几个方程最终建立了含瓦斯煤体的蠕变-渗流数学模型。然后通过物理实验,测得煤体的相关参数;同时对于相关数据进行处理后,得到煤体相关力学参数与温度有关的拟合函数(体积模量K1、K2和粘性系数η)。利用含瓦斯煤体的相关参数,使用软件针对含瓦斯煤体的蠕变变形过程和其渗透率的变化情况,进行数值模拟。同时还考虑了含瓦斯煤体的非均质性对于实验结果的影响,利用软件中的随机函数rn1(x,y,z),建立含瓦斯煤体随机分布的弹性模量E和初始孔隙率n0。通过对于数值模拟结果的分析:(1)温度的升高和轴向应力的增加,不仅使含瓦斯煤体的初始体积应变增加,而且其减速蠕变阶段和稳定蠕变阶段的体积应变增量也变大、蠕变变形速率更快。(2)含瓦斯煤体所受有效应力的增加以及温度的变高,都会让其初始渗透率不同程度上地减小,也会让其渗透率损失率变大。(3)可以通过直观的图像发现:在非均质煤体蠕变过程中,其有效渗流孔隙数量或者畅通性在减少。
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