[發明專利]獲得煤礦采動穩定區滲透系數連續函數的方法

在審

• 申請號: 202011269283.1
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112362556A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 任奕瑋;姜德義;陳結;劉文浩;賈棟;杜俊生;陳波
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

本發明公開了一種獲得煤礦采動穩定區滲透系數連續函數的方法，其包括步驟：1)采集目標工作面圍巖試樣，測出完整巖樣的單軸抗壓強度與密度，以單軸抗壓強度設定碎石承壓強度；2)制備不少于三種粒徑的同一巖性碎石樣品，并烘干；3)對不同粒徑碎石樣品進行承壓滲流試驗；4)試驗完成后選取若干組典型數據，做孔隙壓力梯度與滲流速度的變化曲線；5)將擬合得到的孔隙壓力梯度與滲流速度的變化曲線按Forchheimer型非達西方程處理，得到非達西滲透系數和非達西流因子；然后進行二元擬合得到滲透系數與承壓滲流試驗中的碎石樣品孔隙率和碎石樣品粒度的函數關系式，本發明獲得的滲透系數與實際情況更符合。

技術領域

本發明涉及煤礦瓦斯抽采技術領域，特別是煤礦掘進技術領域，特別涉及一種可直接應用于煤礦采動穩定區瓦斯抽采井地面位置選取的煤礦采動穩定區滲透系數連續函數的獲得方法。

背景技術

在采動穩定區抽采過程中煤層氣運移規律研究中，滲透系數分布情況是研究的關鍵參數。目前，滲透系數選取多為均勻分布函數或者分段均勻分布函數，這與實際情況有一定的不同，可能造成研究得到的煤層氣運移規律不準確。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種獲得煤礦采動穩定區滲透系數連續函數的方法，以解決滲透系數選取不準確的技術問題。

本發明獲得煤礦采動穩定區滲透系數連續函數的方法，其包括以下步驟：

1)采集目標工作面圍巖試樣，測出完整巖樣的單軸抗壓強度與密度，以單軸抗壓強度設定碎石承壓強度；

2)制備不少于三種粒徑的與步驟1)的試驗結果相符的同一巖性碎石樣品，并烘干；

3)對其中不同粒徑碎石樣品進行承壓滲流試驗：通過壓縮碎石樣品使其孔隙率減少，以模擬采動穩定區不同地點冒落巖石由于受到礦壓作用而產生的孔隙率變化，并在壓縮碎石樣品過程還向碎石樣品中通入測試滲流情況的氣體；通過改變壓頭位移量及通入氣體的壓力，得到若干組軸向載荷、壓頭位移、進氣壓力、出氣壓力、進氣口流量和出氣口流量的實驗數據；

4)試驗完成后選取若干組典型數據，做孔隙壓力梯度與滲流速度的變化曲線，將擬合得到的孔隙壓力梯度與滲流速度的變化曲線與Forchheimer型非達西方程表示的孔隙壓力梯度與滲流速度關系曲線進行比較，判斷其是否符合Forchheimer型非達西方程；所述Forchheimer型非達西方程如下：

式中，J為孔隙壓力梯度，單位為Pa/m；ρ為流體密度，單位為kg/m³；g為重力加速度，單位為N/kg；β為非達西流因子，單位為m^-1；v為滲流速度，單位為m/s；K為非達西滲透系數，單位為m/s，其中k為滲透率，單位為m^-2；u為流體的動力黏性系數，單位為Pa·s；

5)在確定孔隙壓力梯度與滲流速度的變化曲線符合Forchheimer型非達西方程后，將擬合得到的孔隙壓力梯度與滲流速度的變化曲線按式(1)處理，得到非達西滲透系數K和非達西流因子β；然后進行二元擬合得到K與承壓滲流試驗中的碎石樣品孔隙率n和碎石樣品粒度d的函數關系式f(n，d)以及β與n和d的關系式g(n，d)，

式中：K-滲透系數；β-非達西流因子；n-承壓滲流試驗中的碎石樣品孔隙率；d-碎石樣品粒度；a₁、a₂和a₃為通過試驗數據擬合滲透系數K關于孔隙率n和粒度d變化曲線的相關擬合常數；b₁、b₂和b₃為通過試驗數據擬合非達西流因子β關于孔隙率n和粒度d變化曲線的相關擬合常數。

本發明的有益效果：