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| 煤炭在我国能源结构中占有举足轻重的地位。在煤炭的井工开采中，由瓦斯引起的灾害事故严重影响和制约着煤矿的生产安全和发展。然而瓦斯又是一种可利用的、洁净的、高热值的能源，随着我国经济的发展和能源结构的调整，瓦斯必将成为21世纪主要的能源之一。无论是将瓦斯作为灾害因素加以防治，还是作为清洁能源加以利用，其基础在于认识清楚瓦斯在煤岩体这种非常规储层中的赋存和流动规律。本文在实验的基础上，根据含瓦斯煤岩的特点，利用流固耦合、有限元分析相关理论，运用数值模拟的方法，得到了一些有益的研究成果：（1）通过实验室模拟软弱煤层在地应力场中的渗透性实验，得出煤岩在加载及卸载过程中的渗透率变化规律，定义了渗透率的压敏效应指数，其变化规律与渗透率随有效应力的变化规律相似，能很好的反映渗透率的演化规律；同时将实验结果与数值模拟、现场实测结合起来，结果表明两者匹配性较好。（2）从含瓦斯煤岩的物性特征出发，基于孔隙率的基本定义，考虑到游离瓦斯压力变化对煤体颗粒体积变形的影响，推导出了孔隙率的数学表达式。运用多孔介质有效应力理论，利用一系列假设，推导出了含瓦斯煤岩变形控制方程。基于含瓦斯煤岩体渗透率的压敏效应，并充分考虑到Klinkenberg效应、基质收缩效应的影响，推导出了渗透率的数学表达式。从瓦斯的运移的一系列基本假设出发，运用达西渗流定律、质量守恒定律，推导出瓦斯运移控制方程。利用COMSOLMultiphyscis多物理场耦合分析软件对实验结果进行了验证。（3）对不同条件下单孔抽放瓦斯运移规律进行了分析。初始阶段，瓦斯压力变化较大，瓦斯压力梯度较大，瓦斯涌出量大；随着抽放时间的推移，煤储层内瓦斯压力逐渐降低，瓦斯压力梯度也随之降低，瓦斯抽放范围不断增大。这表明在钻孔抽放的初始阶段，瓦斯抽放量很大，持续一段时间后，瓦斯量逐渐衰减并趋于稳定。（4）模拟了顺层多个钻孔抽放瓦斯条件下，瓦斯运移规律。随着抽放时间的增长，各钻孔的抽放范围不断扩大，钻孔之间产生相互影响。随着钻孔间距的减小，钻孔间影响作用增强，煤层瓦斯压力降低更快。同时由于瓦斯压力下降更快，在抽采后期，Klinkenberg效应和基质收缩效应出现的可能性更大，应加强观测，及时调整抽放部署。 |
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