获得煤矿采动稳定区渗透系数连续函数的方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，特别是煤矿掘进技术领域，特别涉及一种可直接应用于煤矿采动稳定区瓦斯抽采井地面位置选取的煤矿采动稳定区渗透系数连续函数的获得方法。

背景技术

在采动稳定区抽采过程中煤层气运移规律研究中，渗透系数分布情况是研究的关键参数。目前，渗透系数选取多为均匀分布函数或者分段均匀分布函数，这与实际情况有一定的不同，可能造成研究得到的煤层气运移规律不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种获得煤矿采动稳定区渗透系数连续函数的方法，以解决渗透系数选取不准确的技术问题。

本发明获得煤矿采动稳定区渗透系数连续函数的方法，其包括以下步骤：

1)采集目标工作面围岩试样，测出完整岩样的单轴抗压强度与密度，以单轴抗压强度设定碎石承压强度；

2)制备不少于三种粒径的与步骤1)的试验结果相符的同一岩性碎石样品，并烘干；

3)对其中不同粒径碎石样品进行承压渗流试验：通过压缩碎石样品使其孔隙率减少，以模拟采动稳定区不同地点冒落岩石由于受到矿压作用而产生的孔隙率变化，并在压缩碎石样品过程还向碎石样品中通入测试渗流情况的气体；通过改变压头位移量及通入气体的压力，得到若干组轴向载荷、压头位移、进气压力、出气压力、进气口流量和出气口流量的实验数据；

4)试验完成后选取若干组典型数据，做孔隙压力梯度与渗流速度的变化曲线，将拟合得到的孔隙压力梯度与渗流速度的变化曲线与Forchheimer型非达西方程表示的孔隙压力梯度与渗流速度关系曲线进行比较，判断其是否符合Forchheimer型非达西方程；所述Forchheimer型非达西方程如下：

式中，J为孔隙压力梯度，单位为Pa/m；ρ为流体密度，单位为kg/m

5)在确定孔隙压力梯度与渗流速度的变化曲线符合Forchheimer型非达西方程后，将拟合得到的孔隙压力梯度与渗流速度的变化曲线按式(1)处理，得到非达西渗透系数K和非达西流因子β；然后进行二元拟合得到K与承压渗流试验中的碎石样品孔隙率n和碎石样品粒度d的函数关系式f(n，d)以及β与n和d的关系式g(n，d)，

式中：K-渗透系数；β-非达西流因子；n-承压渗流试验中的碎石样品孔隙率；d-碎石样品粒度；a

本发明的有益效果：

本发明获得煤矿采动稳定区渗透系数连续函数的方法，其通过进行多粒径碎石承压渗流试验，得到渗流速度、孔隙压力梯度、粒径等实验数据，并对数据进行拟合，得到渗透系数K关于孔隙度和粒径的函数关系式，本方法获得的渗透系数K与实际情况更符合，对采动稳定区抽采过程中煤层气运移规律的研究有积极作用，能帮助选取煤矿采动稳定区瓦斯抽采井的位置。

附图说明

图1为孔隙压力梯度与渗流速度的变化曲线图。

具体实施方式

本实施例获得煤矿采动稳定区渗透系数连续函数的方法包括以下步骤：

1)采集目标工作面围岩试样，测出完整岩样的单轴抗压强度与密度，以单轴抗压强度设定碎石承压强度。

2)制备不少于三种粒径的与步骤1)的试验结果相符的同一岩性碎石样品，并烘干。

3)对不同粒径碎石样品进行承压渗流试验：通过压缩碎石样品使其孔隙率减少，以模拟采动稳定区不同地点冒落岩石由于受到矿压作用而产生的孔隙率变化，并在压缩碎石样品过程还向碎石样品中通入测试渗流情况的气体；通过改变压头位移量及通入气体的压力，得到若干组轴向载荷、压头位移、进气压力、出气压力、进气口流量和出气口流量的实验数据。

本实施例中对不同粒径碎石样品进行承压渗流试验是将碎石样品装入申请号为202010014728.5公开的测试破碎岩石渗透性参数的装置中，并在GCTS试验系统平台进行承压渗流试验。

4)试验完成后选取若干组典型数据，做孔隙压力梯度与渗流速度的变化曲线，将拟合得到的孔隙压力梯度与渗流速度的变化曲线与Forchheimer型非达西方程表示的孔隙压力梯度与渗流速度关系曲线进行比较，判断其是否符合Forchheimer型非达西方程；所述Forchheimer型非达西方程如下：

式中，J为孔隙压力梯度，单位为Pa/m；ρ为流体密度，单位为kg/m

5)在确定孔隙压力梯度与渗流速度的变化曲线符合Forchheimer型非达西方程后，将拟合得到的孔隙压力梯度与渗流速度的变化曲线按式(1)处理，得到非达西渗透系数K和非达西流因子β；然后进行二元拟合得到K与承压渗流试验中的碎石样品孔隙率n和碎石样品粒度d的函数关系式f(n，d)以及β与n和d的关系式g(n，d)，

式中：K-渗透系数；β-非达西流因子；n-承压渗流试验中的碎石样品孔隙率；d-碎石样品粒度；a

本实施例中获得的渗透系数K与实际情况更符合，对采动稳定区抽采过程中煤层气运移规律的研究有积极作用，能帮助选取煤矿采动稳定区瓦斯抽采井的位置。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。