1、瓦斯動力災(zāi)害嚴重影響著煤礦的安全生產(chǎn),同時作為一種清潔能源,瓦斯直接排放到大氣容易造成溫室效應(yīng),因此煤層氣的開發(fā)勢在必行。由于我國煤儲層低滲透性特點,且對煤層氣開采過程中煤儲層參數(shù)的動態(tài)變化機理不甚了解,我國的煤層氣開采效果一直不理想。本文利用重慶大學自主研發(fā)的多場耦合煤層氣開采物理模擬試驗系統(tǒng),分別模擬了不同地應(yīng)力、不同氣壓、不同抽采位置和不同抽采長度條件下煤層氣抽采模擬試驗,通過分析煤層氣抽采過程中流場的分布變化借以探討抽采過程氣體

2、的來源以及裂隙場的分布;從抽采流量以及有效抽采范圍的動態(tài)變化兩方面,分析各因素對抽采效果的影響;通過分析煤層各位置的氣壓變化、溫度變化和煤層應(yīng)變,探討煤層氣抽采過程中煤儲層參數(shù)的動態(tài)變化;為了解煤層氣抽采過程中煤儲層參數(shù)的動態(tài)變化機理,合理確定抽采參數(shù)提供了依據(jù)。主要研究成果如下:
　　(1)抽采前期,在抽采鉆孔斷面形成了以抽采鉆孔為中心的呈圓環(huán)分布的等壓線,煤儲層內(nèi)氣體主要向鉆孔內(nèi)流動;根據(jù)流速大小并結(jié)合地質(zhì)資料可以發(fā)現(xiàn)對氣體運

3、移影響較為顯著的原始裂隙;隨著氣壓降低,地應(yīng)力增大,相同時刻流速減小。高應(yīng)力區(qū)的存在降低了氣體的運移速度,阻礙了等壓線的擴展,使高應(yīng)力區(qū)后方的煤層內(nèi)氣體流速緩慢,影響抽采效果。
　　(2)前期流量下降迅速,隨著抽采的進行流量下降速度減緩,直至抽采結(jié)束;隨著地應(yīng)力的增大和煤層氣壓的減少,流量減少;影響流量的因素除了煤層的滲透性外還有臨近補充氣體的區(qū)域的大小。對流量貢獻最大的為抽采鉆孔周圍最靠近抽采口的位置。抽采有效區(qū)域是以鉆孔為中心

4、對稱分布,呈層狀擴展;高地應(yīng)力區(qū)對抽采有效范圍的擴展有阻礙作用。
　　(3)抽采前期氣壓下降迅速,隨著抽采繼續(xù)氣壓變化速度逐漸變慢,直至抽采結(jié)束。氣壓變化除了與地應(yīng)力有關(guān),還與補充氣源的區(qū)域大小有關(guān)。氣壓差的變化規(guī)律可以用擴散解吸模型擬合,反映氣壓下降速度的參數(shù)b隨著抽采位置地應(yīng)力的增大和氣源補充區(qū)域的減少而減少;隨著抽采長度的增長而增大。溫度變化與氣壓的變化有明顯的相關(guān)性,氣壓變化迅速,溫度變化迅速;氣壓變化大,溫度變化大;隨著

5、抽采位置所受地應(yīng)力的增大,抽采過程中溫度的變化量減少。
　　(4)煤層的壓縮變形和體積應(yīng)變都是在抽采前期變化迅速;煤層垂直方向的變形普遍大于水平和側(cè)向的變形且在垂直方向的應(yīng)變與煤層所受的地應(yīng)力大小呈正比;煤層最大壓縮變形體積應(yīng)變除了與孔隙壓力下降速度和下降量有關(guān)也與煤層原始應(yīng)力有關(guān),原始應(yīng)力和煤層氣壓越大,煤層變形量越大;抽采位置所受地應(yīng)力和抽采長度越大,煤層變形量越大。因此在采用人工增透措施時,人工裂縫面應(yīng)避免與最大主應(yīng)力的方向