各向异性煤岩损伤与瓦斯吸附解吸渗流耦合机理研究

1 引言 1.1 研究目的和意义 1.2 国内外研究现状 1.2.1 煤层及瓦斯赋存特征研究现状 1.2.2 煤岩损伤及裂隙演化研究现状 1.2.3 瓦斯吸附-解吸-渗流特性影响因素研究现状 1.2.4 煤的渗透率模型及流固耦合模型研究现状 1.2.5 煤层瓦斯抽采数值模拟研究现状 1.3 主要研究内容及技术路线 1.3.1 主要研究内容 1.3.2 研究技术路线 1.3.3 创新之处 2 实验系统搭建及前期准备 2.1 低场核磁共振实验系统 2.1.1 低场核磁共振理论概述 2.1.2 实验系统和参数设置 2.1.3 谱面积换算模型的搭建 2.2 单轴压缩力学特性和声发射特征实验系统 2.3 煤岩三轴吸附-解吸-渗流实验系统 2.4 煤样制备 2.4.1 煤样的采集及制作 2.4.2 煤样的工业参数分析 2.5 本章小结 3 高阶煤的微观孔隙结构及力学特性和声发射实验研究 3.1 高阶煤微观结构扫描电镜测试 3.2 高阶煤微观结构定量分析 3.2.1 高阶煤的微观结构压汞实验 3.2.2 高阶煤的微观结构低温液氮实验 3.2.3 高阶煤的微观结构低场核磁共振实验 3.3 各向异性高阶煤力学特性及声发射特征实验研究 3.3.1 实验步骤 3.3.2 实验结果分析 3.4 本章小结 4 各向异性高阶煤瓦斯吸附的低场核磁共振实验研究 4.1 实验方案 4.2 各向异性高阶煤的瓦斯吸附量随时间的变化规律 4.3 围压对各向异性高阶煤瓦斯吸附的影响研究 4.4 各向异性高阶煤在不同围压下吸附峰游离峰变化规律 4.5 本章小结 5 各向异性高阶煤瓦斯渗流实验研究 5.1 实验原理与方法 5.2 实验方案 5.3 各向异性高阶煤瓦斯渗流实验 5.3.1 各向异性高阶煤在力学路径1下渗透率的演化规律 5.3.2 各向异性高阶煤在力学路径2下渗透率的演化规律 5.4 各向异性高阶煤渗透率演化差异分析 5.5 本章小结 6 各向异性煤岩的渗透率演化模型及流固耦合模型 6.1 模型的简化与假设 6.2 煤层裂隙孔隙率模型 6.3 煤层各向异性渗透率演化模型 6.4 煤岩体变形场控制方程 6.4.1 应力平衡方程 6.4.2 几何方程 6.4.3 本构方程 6.5 煤岩瓦斯渗流场控制方程 6.5.1 连续性方程 6.5.2 气体状态方程 6.5.3 煤层瓦斯含量方程 6.6 瓦斯抽采钻孔周围煤体的流固耦合模型 6.7 本章小结 7 各向异性煤岩瓦斯抽采的数值模拟及模型验证 7.1 多物理场数值模拟软件介绍 7.2 模型验证及结果分析 7.3 计算模型及参数确定 7.3.1 几何模型及相关物性参数 7.3.2 初始条件及边界条件 7.4 考虑各向异性流固耦合模型数值研究及结果分析 7.4.1 工程参数优化研究 7.4.2 煤体物性参数对各向异性模型瓦斯抽采影响研究 7.4.3 钻孔方位角对各向异性模型瓦斯抽采影响研究 7.5 瓦斯压力敏感性分析 7.5.1 工程参数对各向异性模型瓦斯抽采敏感性分析 7.5.2 煤体物性参数对各向异性模型瓦斯抽采敏感性分析 7.5.3 钻孔方位角对各向异性模型瓦斯抽采敏感性分析 7.6 渗透率各向异性顺层多钻孔瓦斯抽采优化模拟研究 7.6.1 不同层理瓦斯压力变化模拟结果分析 7.6.2 不同钻孔间距优化模拟研究 7.7 本章小结 参考文献