抽采钻孔孔周破裂煤体瓦斯径向渗透流态转捩特征试验研究
张天军1
刘荣涛1
潘红宇1
庞明坤1
武晋宇2
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 7100542.西安科技大学理学院,陕西西安 710054
摘要：钻孔孔周煤体瓦斯径向渗流流态是反映抽采瓦斯渗流运动的重要因素之一.为探究钻孔孔周煤体的不同孔隙结构和瓦斯压力对瓦斯径向渗流运动特征的影响,分别制作了 5种不同级配的含孔试样,利用自主设计的瓦斯径向渗流试验系统,采用稳态渗流法对含孔试样进行径向渗流试验研究,分析Forchheimer数和非Darcy误差随渗流速度与级配的变化规律,运用Hazen-Dupuit-Darcy方程和雷诺数理论得到了不同流态的流速区间和雷诺数范围.结果表明:① 通过对Forch-heimer 数和非Darcy误差随渗流速度变化曲线的分析可知,Forchheimer数随渗流速度呈二次多项式曲线增加,而非Darcy误差呈线性增加,Forchheimer数和非Darcy误差与孔隙结构密切相关,2者都随级配的增大而变大,说明渗流速度和孔周煤体的孔隙结构是瓦斯渗流偏离线性渗流的重要因素;②利用Hazen-Dupuit-Darcy方程对瓦斯径向渗透流态进行表征和划分,随着渗流速度的增大,瓦斯径向渗流运动依次出现前达西、达西和Forchheimer流态,且n=0.2与n=0.4的小级配含孔试样易发生达西层流,而n=0.6、n=0.8和n=1.0的含孔试样却更易于发生Forchheimer流态;③通过对达西定律应用时压力梯度的相对误差曲线分析可知,相对误差随渗流速度的增大呈现减小、保持稳定、再增大的变化规律,与瓦斯渗流流态随渗流速度的变化规律相吻合;④在双对数坐标中分析了瓦斯渗流不同流态与雷诺数的关系,得出了不同流态的雷诺数区间,发现瓦斯径向渗流运动符合达西层流的雷诺数为0.0012～0.0025.研究结果可为煤层瓦斯预抽工作中依据钻孔孔周煤体瓦斯渗流运动流态变化规律确定钻孔抽采影响范围,从而设计钻孔布孔参数提供重要的理论依据.
关键词：孔周煤体径向渗流流态转捩孔隙结构
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52274226)
论文发表日期：2024-09-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 295-303 )
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