原煤渗透率影响因素的实验研究

·4

·

（第42卷第12期）

试验·研究

原煤渗透率影响因素的实验研究

王

振

1，2

（1．瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037；2．中国煤炭科工集团重庆研究院，重庆400037）

摘

要：利用三轴渗透实验装置，进行了不同围压、不同瓦斯压力、不同温度水平下原煤试样的渗

透率实验，得到了以上3种因素对渗透率的影响规律。实验结果表明：随围压的降低，渗透率逐

渐增大；随着煤样中吸附瓦斯压力的增高，瓦斯气体流量则随之增大，而煤样的渗透性呈下降趋势；相比于围压和吸附瓦斯压力，温度对煤样渗透率的影响程度则大为降低。关键词：渗透率；围压；吸附；瓦斯压力中图分类号：TD712文献标志码：A

文章编号：1003－496X （2011）12－0004－03

Experimental Study on Influencing Factors of Coal Permeability

2

WANG Zhen 1，

（1．National Key Laboratory of Gas Disaster Detecting ，Preventing and Emergency Controlling ，Chongqing 400037，China ；2．Chongqing

Branch of China Coal Research Institute ，Chongqing 400037，China ）

Abstract ：Permeability testing has been completed by triaxial experimental device at different confining pressure ，different gas pressure and different temperature．The laws of these factors affecting on permeability have been got．The results showed that ：permeability in-creasing gradually with the confining pressure decreasing ；permeability decreasing but gas flow increasing with the adsorption pressure improving ；the effect of temperature is smaller compare to the other two factors．Key words ：permeability ；confining pressure ；adsorption ；gas pressure

实验室测定煤样渗透率的方法主要分为加围压

［1］

测定和不加围压测定2种。不加围压测定煤样渗透率与矿井中的实际情况相差较大，而现有的研究

［2－8］

。实验利用三轴渗透也以型煤试样的实验居多

实验装置，在出口压力为大气压，入口压力可调的情

况下，进行了不同围压、不同瓦斯压力、不同温度水平下的原煤试样的渗透率实验，对渗透率测定所受的影响因素进行了分析。1

实验目的及实验内容

进行了不同瓦斯压力、不同温度、不同围压水平下的煤样的解析渗透率实验。实验系统如图1

。

实验拟通过物理模拟研究不同开采条件下原煤渗透率的影响因素。实验内容主要包括：①在一定的围压和孔隙压条件下，分析温度对原煤渗透率的影响；②在一定的围压和温度条件下，分析瓦斯压力对原煤渗透率的影响；③在一定的孔隙压和温度条件下，分析围压对原煤渗透率的影响。22．1

实验系统及试样实验系统

1－高压瓦斯瓶；2－恒温水槽；3－三轴渗透仪；4－手动液压泵

5－油压表；6－玻璃量管；7－水准瓶；8－阀门

9－减压阀；10－液压管

图1实验系统示意图

2．2实验煤样

利用专用的岩石取芯检测装置将原煤切割成

Φ50mm ˑ 100mm 的圆柱体，而后利用电磨对其表面进行打磨，以求达到实验要求。33．1

实验结果分析

原煤渗透率随围压变化规律

实验利用达西定律稳定流法和三轴渗透实验装

置，在出口压力为大气压，入口压力可调的情况下，

试验·

研究

连续卸载过程中渗透率的变化规律见图2、图3。可以看出，卸载过程中煤样渗透率在逐渐增加，增加速率呈逐渐增大趋势。在卸载初期，即高围压阶段（此处高围压指的是相对于瓦斯吸附压力）的卸围压过程中，渗透率有所增加，但变化的趋势较缓；而在低围压阶段，即卸围压的后期，煤样的渗透率增速加快，如吸附瓦斯压力1MPa 时，在围压低于6MPa 时增速明显加快；而在吸附瓦斯压力为4MPa 时，当围压低于8MPa 时，增速即明显加快

。

（2011－12）

·5·

图4不同吸附瓦斯压力下渗透率与气体流量

与进出口压差关系

透率升高。这是因为温度升高，气体分子活性和内

能增大，部分吸附气体解吸，煤中吸附气体量尤其是对吸附膨胀变形起主要作用的吸附气体量减小，引起吸附膨胀变形减小，渗流通道增大，气体分子的扩散加速，从而使煤体气体的渗透率随之升高

。

图2

卸围压过程中渗透率变化曲线（瓦斯压力1MPa

）

图5渗透率随温度变化曲线

（瓦斯吸附压力1MPa

）

图3

卸围压过程中气体流量变化曲线

（瓦斯压力1MPa ）

从以上分析可知，在吸附瓦斯压力和温度水平

一定的情况下有：

（1）随围压的降低，渗透率逐渐增大。（2）在卸压的初期，即高围压阶段，渗透率增加的幅度较为平缓；而低围压卸压阶段，渗透率的增速明显加快。

（3）原煤气体流量变化与渗透率变化规律相似。

3．2原煤渗透率随吸附瓦斯压力变化规律

对含不同吸附瓦斯压力的同一煤样进行渗透率测定。结果表明，随着煤样中吸附瓦斯压力的增高，煤样的渗透性呈下降趋势；而与之相反的是，瓦斯的解吸放散速度即气体流量则随之增大，如图4。3．3

原煤渗透率随温度变化规律

图5、图6为瓦斯吸附压力1MPa 和4MPa 时不同围压条件下时原煤渗透率与温度的变化关系。从图5、图6可以看出，随着温度的升高，

煤体的渗

图6

原煤气体流量随温度变化曲线（瓦斯吸附压力4MPa ）

从图5、图6还可以看出，在高围压情况下，渗

透率随温度升高而增大的幅度较小，而在低围压情况下变化的幅度明显增加。

从以上分析可以得到，在吸附瓦斯压力和围压水平一定的情况下：

（1）随着温度的升高，煤样渗透率略有增加，但变化较为平缓。

（2）从图5和图6还可以看出，在高围压情况渗透率随温度升高而增大的幅度较小，而在低围下，

压情况下变化的幅度明显增加，尤其在吸附瓦斯压力4MPa 时，其渗透流速超出了仪器的测量范围而

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（第42卷第12期）

1999．京：煤炭工业出版社，［2］富［3］富

试验·研究

无法精确测量。

（3）原煤气体流量的变化趋势与渗透率相仿。4

结

论

向，王魁军，杨天鸿．构造煤的瓦斯放散特征向．最小突出压力下瓦斯瞬时放散速度指标的实

［J ］．煤炭学报，2008，33（7）．

D ］．北京：煤炭科学研究总院，2005．验研究［

J ］．煤［4］杨其銮，王佑安．煤屑瓦斯扩散理论及其应用［

1986，23（3）：87－94．炭学报，［5］张

．力，何学秋，王恩元，等．煤吸附特性的研究［J ］2001，32（5）．太原理工大学学报，

［6］周世宁．瓦斯在煤层流动的机理［J ］．煤炭学报，1990，

15（1）：61－67．［7］何龙庆，林继成，石

（4）：39－39．

［8］曹垚林．高压吸附下的瓦斯放散初速度研究［J ］．煤矿

2004，35（9）．安全，作者简介：王

振（1980－），男，山东德州人，博士，工

冰．菲克定律与扩散的热力学理

J ］．安庆师范学院学报（自然科学版），2006，12论［

（1）在瓦斯吸附压力和温度相同的情况下，原

煤渗透率随围岩的降低而逐渐增大，在卸围压的初期，即高围压阶段，渗透率增加的幅度较为平缓；而低围压卸压阶段，渗透率的增速明显加快；原煤气体流量变化与渗透率变化规律相似。

（2）在围压和温度相同的条件下，对含不同吸附瓦斯压力的同一煤样进行渗透率测定，结果表明，随着煤样中吸附瓦斯压力的增高，煤样的渗透性呈下降趋势；而与之相反的是，瓦斯的解析放散速度即气体流量则随之增大。

（3）在瓦斯吸附压力和围压相同的条件下，在吸附瓦斯压力和围压水平一定的情况下随着温度的升高，煤样渗透率略有增加，但变化较为平缓；在高围压情况下，渗透率随温度升高而增大的幅度较小，而在低围压情况下变化的幅度明显增加，尤其在吸附瓦斯压力4MPa 时，其渗透流速超出了仪器的测量范围而无法精确测量；原煤气体流量的变化趋势与渗透率相仿。参考文献：

［1］周世宁，．北林伯泉．煤层瓦斯赋存与流动理论［M ］

主要从事矿山安全方面的科研工作。程师，

（收稿日期：2011－04－18；责任编辑：王福厚）

檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵

〔3〕崔荣国．国内外煤层气开发利用现状〔J 〕．国土资源情（上接第3页）

一种集气装置，该装置配合原位瓦斯检测仪使用，采用水力封隔器对煤矿井下巷道内钻孔底部进行密

封，同时采集瓦斯气样品。该集气装置以纯机械方式进行集气，操作简捷；各部件均以螺纹连接，拆卸方便。通过室内试验确定了水力密封压力、集气压力和密封时间等参数，并通过现场应用验证了该集气装置用于生产实际的可行性。参考文献：

〔1〕张

．煤，2007，16丽．浅谈瓦斯气的开发和利用〔J 〕

（收稿日期：2011－04－06；责任编辑：王福厚）

究。

2005（11）．报，〔4〕张

〔M 〕．北京：机械工业出版展．机械设计通用手册2008．社，

〔5〕文国军，乌效鸣，王生维，等．煤层气近水平孔孔底水

．煤田地质与勘探，2008，36力封隔器设计与试验〔J 〕（6）：73－77．作者简介：陶

扬（1986－），男，湖北武汉人，中国地质

大学（武汉）硕士研究生，主要从事煤与煤层气钻采技术研

（1）：31．

〔2〕黄声树．煤矿瓦斯治理适用新技术〔M 〕．徐州：中国矿

2008．业大学出版社，