基于工业CT扫描和LBM方法的含瓦斯煤裂隙演化与渗流特性研究

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作   者：

王登科;  田晓瑞;  魏建平;  张宏图;  姚邦华;  付建华;  尚政杰;  吴岩; 

作者机构：

河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地;  郑州煤炭工业(集团)有限责任公司; 

关键词：

裂隙演化;  含瓦斯煤;  格子Boltzmann方法;  瓦斯渗流;  CT扫描; 

期刊名称：

采矿与安全工程学报

i s s n：

1673-3363

年卷期：

2022 年 002 期

页   码：

387-395

摘   要：

煤层裂隙系统的扩展和发育是控制煤层渗透率的主要因素，分析加载条件下煤层渗透率的变化对研究煤层气的运移特性及其开发具有重要意义。开展了基于工业CT扫描条件下的含瓦斯煤三轴渗流实验，测试结果表明：含瓦斯煤在加载条件下的变形过程大致分为初始裂隙压密阶段、弹性变形阶段、屈服变形阶段、破坏阶段和残余变形阶段；基于CT扫描技术的裂隙重构真实客观反映了含瓦斯煤三维裂隙场的演化过程；含瓦斯煤渗透率大小与其内部裂隙发育和扩展密切相关，并随变形表现出了先减小后增加，再减小再增加的变化特征。采用格子Boltzmann方法模拟重现了含瓦斯煤全应力-应变过程中内部渗流场的演化规律，并预测了含瓦斯煤的渗透率，预测渗透率平均误差为11.11%。与含瓦斯煤内部裂隙发育程度及演化过程高度吻合，有效揭示了裂隙控制下的含瓦斯煤渗透性演化过程和特征。研究结果可为裂隙煤体瓦斯抽采和煤矿安全生产提供理论支撑。