构造煤承压过程瓦斯渗透性动态响应机制实验研究

构造煤具有高瓦斯含量、低渗透性特征，且在煤矿的分布范围日趋扩展，是瓦斯抽采和预防瓦斯灾害的重点和难点所在。本项目以反映煤体裂隙特征和力学性质的有效孔隙率和坚固性系数为综合指标，对应于不同的瓦斯渗透率变化范围，提出构造煤的定量分类方法。通过实验室 "应力-瓦斯渗透性" 模型实验，针对不同分类的构造煤条件，与现场实测的采场应力分布特征及其变化值域相结合，模拟动态采场煤体原始应力带→应力集中带→应力升高带→卸压带的转变条件，明确应力加载-卸载全过程中构造煤变形规律；重点研究构造煤在有负压和无负压作用下应力卸载过程中瓦斯渗透性动态变化特征。通过将实验条件、分析结果与采场实测数据的验证与优化，主要获取不同分类构造煤体在卸载过程中瓦斯渗透率分别与承载应力、时间和负压之间的定量关系和综合数值方程。研究成果可望为实现构造煤"卸压增透"效果最佳化提供判据，并将促进和完善低渗透率煤层的瓦斯抽采理论和方法体系。

1、研究背景.国内外学者对煤渗透性在应力条件下的变化特征开展了大量深入、广泛的研究工作。然而，适合构造软煤特殊力学性质和孔隙特征的“卸压增透”技术仍是当前严重制约实现瓦斯高效抽采的“瓶颈”，同时也是有效实施煤矿瓦斯灾害防治、大力开展煤层气开发急需解决的世界性难题。.2、主要研究内容.本项目以反映煤体裂隙特征和力学性质的有效孔隙率和坚固性系数为综合分类指标，针对不同类型的构造煤（f<0.5），通过实验室模拟动态采场煤体原始应力带→应力集中带→应力升高带→卸压带的转变条件，并有机结合与采场实测数据的验证和优化，重点研究构造煤在有负压和无负压作用下应力卸载过程中瓦斯渗透性动态响应机制和特征，主要获取不同分类构造煤体在应力卸载过程中瓦斯渗透率分别与承载应力、时间和负压之间的定量变化关系。.3、重要结果与关键数据.1）煤体孔隙率呈现随着普氏系数（f）值的增加而呈现增大的趋势；不同类型的煤体，其孔隙率随f值增大的增幅不同。.2）在煤体瓦斯气体压力一定的条件下，和的瓦斯渗透率都随着煤样围压的增大而减小。构造煤原煤煤样在围压从2MPa增大到5MPa时，瓦斯渗透率普遍下降了70%以上，而硬煤原煤煤样则一般只下降45%左右。.3）构造煤原煤样在瓦斯压力从0.6MPa减小到0.2MPa的过程中，瓦斯渗透率平均增大了270%左右，而硬煤原煤样平均只增大了200%左右。.4）根据煤样应力加载、卸载全过程实验结果反映，构造煤原煤样所能承受的极限破坏应力为16MPa，硬煤原煤样所能承受的极限破坏应力为28MPa。.5）在应力加载过程中，两种煤样的渗透率都呈随着轴压增加到接近极限应力而减小至最小值的趋势；而在应力卸载过程中，随着轴压卸载至0 MPa，渗透率并不能完全恢复到轴压加载前的渗透率。.8）在轴向应力加载的非线性压密阶段，是构造煤煤样与硬煤煤样瓦斯渗透性变化差异最大的阶段；在轴向应力卸载阶段，两种煤样的瓦斯渗透率都在煤样变形恢复中不断增大，但其孔隙裂隙都只是部分发生了可逆转的变化，而构造煤内部发生可逆转的孔隙裂隙结构要小于硬煤。.4、主要科学意义.项目研究成果可望为构造煤的合理化分类提供参考；为设定比较合理的应力、负压、时间等综合条件，取得构造煤“卸压增透”最佳效果提供判据，为实现构造煤瓦斯抽采率的最大化提供依据，并将促进和完善低渗透率煤层的瓦斯抽采理论和方法体系。