有效应力对煤层气解吸渗流影响试验研究

以阜新高瓦斯矿井孙家湾矿为例,将煤样放入自制的三轴瓦斯解吸渗透仪中,通过先加载后卸载、连续进行煤层气解吸渗流试验,模拟煤层气在复杂地应力条件下的赋存和运移开采过程,得到有效应力与煤层气解吸和渗流特性间的关系,并拟合了其关系表达式,揭示一些新的相互作用规律:(1)解吸量、解吸时间与有效应力变化规律均呈负指数递减关系,与受载方式无关;(2)有效应力存在一分界点,当小于此值时,解吸量和解吸时间随有效应力增加而迅速提高,而当有效应力大于此值时,两者随之增加幅度不大,对于孙家湾2#煤样分界点所对应有效应力为3.0MPa左右;(3)存在一临界有效应力值(类似于临界解吸压力),有效应力大于此临界值则解吸量极少或几乎没有,解吸时间趋于0,而孙家湾2#煤样临界有效应力值为10.0MPa左右;(4)在加载过程中,有效应力与渗透率、渗透系数关系曲线呈正指数减小,这表明煤体在较小的有效应力范围内、孔隙压力不断增加的加载过程中,吸附作用是影响渗透率和渗透系数的主控因素;(5)卸载过程中,有效应力与渗透率和渗透系数呈抛物线关系,这从试验角度证明了煤层气开采中三阶段主导作用的存在,即有效应力主导作用阶段、基质收缩效应主导作用阶段和滑脱效应主导作用阶段。