煤炭科学技术

作者：王宁, 李团结, 刘文岗, 纪翔, 潘红宇, 尚宏波,

关键词：双防钻孔, 瓦斯抽采, 密封段, 渗透特性, 有效应力,

顺层双防钻孔密封段煤体分布着大量的孔隙、裂隙结构，形成了巷道空气进入抽采钻孔的渗流通道，影响钻孔瓦斯抽采效果。根据双防钻孔密封段煤体结构特征，通过自主研制的煤体三轴渗透试验平台，设计并开展了孔隙−裂隙组合煤样渗透试验，测试并计算了渗透过程中煤体孔隙率、气体渗流速度、压力梯度、渗透率、有效应力等参数，分析有效应力对煤体渗透率的影响，探讨双防钻孔密封段煤体渗透规律。结果表明：应力致使破碎煤体试样内部骨架结构变形，颗粒发生错动和再次破碎，气体渗流通道数量减少，渗透率降低。载荷增加至煤体压实后，渗透率对孔隙率变化的敏感程度较低，逐渐趋于稳定。渗流速度与压力梯度关系呈现阶段性特征，低流速符合Darcy定律，高流速遵循Forchheimer关系，表现为非线性变化。气体在双防钻孔密封段裂隙区和破碎区煤体中分区流动。单一孔径煤体中气体沿着煤体颗粒表面爬流，渗透通道结构的改变对阻力影响较小；双重孔径组合煤体过渡面因孔隙结构突变，气体流速重新分布，惯性阻力增加，非线性层流波动较大。有效应力能较好地表征渗流速度的抑制效应。随着有效应力的增大，骨架结构压实使得孔隙渗流通道闭合，气体的渗流速度呈线性减小。建立孔喉突扩模型，理论分析有效应力与渗流速度的关系，试验结果与理论结果基本吻合。有效应力是导致煤体渗透率变化的关键因素。渗透率k随有效应力σe的增加呈指数下降。双重孔径组合煤样因交界面孔隙结构差异较大，渗透率随有效应力的波动也较大。可见，气体运移过程中，煤体的破碎程度可表征煤层的渗透特性，可作为量化描述双防钻孔密封段煤体结构参数的依据，进而为顺层双防钻孔布孔参数和注浆参数的优化设计提供重要的理论指导。

来源：2025年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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