煤炭科学技术

作者：张小雨, 李波波, 李建华, 贾荔丹, 丁云娜, 宋浩晟,

关键词：各向异性, 渗透率, 含水率, 应力, 瓦斯抽采,

煤层气作为非常规天然气资源，合理的开发利用有利于减少瓦斯涌出推进清洁能源低碳化发展，消除重大瓦斯事故隐患。然而，由于煤岩内部结构的各向异性及其所处的气水共存环境使瓦斯渗流行为变得十分复杂。为探究抽采过程中瓦斯渗流规律，基于煤岩各向异性的结构特征及立方定律，构建考虑含水率、气体压力和应力多因素影响的各向异性渗透率模型。提出吸气膨胀参数Cs和吸水膨胀参数Cθ，对基质吸附气体诱导的膨胀变形和基质吸附水分诱导的膨胀变形进行量化。利用公开发表的试验数据与本文渗透率模型的计算值进行对比，模型计算结果与试验数据变化规律一致，所建模型较好地反映气、水吸附与应力协同作用下瓦斯渗流特性。研究结果表明：在真三轴应力作用下，不同方向的渗透率存在差异，气体渗流表现出较强的各向异性；恒定气体压力及外应力下，渗透率随含水率的增大呈减小的变化趋势；渗透率随含水率的变化与Cθ随含水率的变化呈相反的趋势，与Cs随气体压力的变化呈相同的趋势；在敏感性分析中，分别对吸气膨胀参数Cs、吸水膨胀参数Cθ及孔隙度φ进行10%的正负扰动，发现Cθ对煤岩渗透率演化的影响最大，孔隙度φ对煤岩渗透率演化的影响最小。研究结果可为准确评估煤岩渗透率提供理论依据，同时也为提高瓦斯抽采率提供理论指导。

来源：2025年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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