煤层瓦斯抽采多物理场参数动态响应特征及其耦合规律

• 作者: 彭守建 贾立 许江 陈捷仁 戴诗杰 陈月霞
• 来源期刊: 煤炭学报
• 学科: 工学
• 关键词: 瓦斯抽采 多物理场 煤体变形 响应特征 耦合机理
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 所属期刊栏目: 安全科学与工程
• 页码范围: 1235-1243
• 页数: 9页
• 分类号: TD712
• 语种: 中文
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.XR21.1895

摘要

为进一步深化煤矿瓦斯抽采过程中多物理场参数动态响应特征及其耦合作用机理的认识,运用自主研发的多场耦合瓦斯抽采物理模拟试验装置,开展了工作面前方不同应力区域瓦斯同步抽采物理模拟试验,分析了抽采过程中煤体温度场、瓦斯压力场和煤体变形场的实时演化特征及多物理场耦合作用机制.研究结果表明:①在同步抽采过程中,应力Ⅳ区煤体温度下降速率最快,其次为应力Ⅰ区和应力Ⅱ区,应力Ⅲ区的温度下降速度最慢,不同区域瓦斯压力衰减特征与煤体温度下降规律具有相似性.煤体变形受煤体温度和瓦斯压力的耦合作用影响,使煤体变形呈非线性增加.应力Ⅳ区煤体变形量最大,应力Ⅲ区由于受泊松效应影响,其煤体变形大于应力Ⅰ区和应力Ⅱ区.②在同步抽采过程中,各应力区域煤体变形具有阶段性变化特征,分为变形延迟阶段、变形启动阶段和变形二次递增阶段,变形延迟的实质是煤层中大量分布的微孔和小孔,对吸附态瓦斯脱附的束缚作用,加上煤基质对瓦斯的毛细凝结作用,导致瓦斯解吸滞后,从而出现煤体变形延迟现象.③各应力区域煤体变形的动态响应受到有效应力压缩效应、基质收缩效应、解吸热收缩效应和泊松效应等共同影响,泊松效应对应力Ⅲ区起主导作用,有效应力压缩效应是突破变形延迟现象的关键因素,解吸热收缩效应和基质收缩效应是煤体变形二次递增的主要原因.