针对目前非达西渗流在含瓦斯煤三轴应力状态下研究较少的问题,基于Forchheimer型非达西渗流理论,采用自行研制的含瓦斯煤准三轴渗流试验装置,研究了2个煤矿的贫煤煤样在不同围压、轴压条件下Forchheimer型非达西渗流特性并计算了相关参数。研究结果表明,三轴应力状态下煤样中瓦斯气体流速随瓦斯压力梯度的变化而出现明显的Forchheimer型效应。相同介质和流体下,瓦斯压力和三轴应力状态成为煤体瓦斯渗透规律的主要影响因素。不同围压、轴压条件下,瓦斯渗透速度会随瓦斯压力的增大而增大,但其渗透速

利用渗透率理论模型对深部煤层渗透率的变化进行了探讨,认为深部煤层地应力主导有效应力的变化,直接或间接的控制着渗透率。要有效增加煤层的渗透率,只能降低地应力。据此开展了煤体卸荷渗透率试验研究,获得煤体卸荷过程中既存在原始裂隙的扩展,也有新生裂隙的产生,两者的综合作用是导致卸荷煤体渗透率骤增的原因。在实验和理论分析的基础上提出了煤体卸荷渗透率演化概念模型,建立了考虑有效应力和瓦斯吸附/解吸变形等因素的、以应变为变量的煤体卸荷损伤增透理论模型。该模型搭建了煤体卸荷与增透的桥梁,可采用岩石力学软件获得的

利用自行研制的出入口压差可调煤岩渗透实验系统,测定了在不同压差和气体介质条件下,不同吸附性能煤样的渗透性,对含瓦斯煤体的渗透规律进行了研究。研究结果表明,煤对瓦斯的吸附作用是影响煤体渗透特性的主要因素,同时通过对实验数据的分析,建立了煤岩的渗透率与瓦斯吸附量的关系模型。

为了研究煤层在开采过程中不同采动条件对含瓦斯煤体的渗透特性的影响规律,本文通过理论计算、实验研究以及利用三轴伺服渗流实验装置进行实验。通过数据统计,拟合分析得出,在常规载荷条件的不同压力下岩体力学特征与渗透率变化规律。结果表明:随着载荷的增大,煤体在整个应变过程中,弹性应变的变化趋势与应力变化趋势相对应;随着瓦斯压力的增大,煤体的有效围压减小,最终发生失稳破坏;在常规三轴加载条件下,煤体的耗散能所占能量总比例增大,弹性应变能所占比例减小,当达到屈服阶段时,能量与应力差关系曲线斜率减小。