【摘 要】
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本文采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对采动影响下煤岩流固耦合机理及瓦斯运移规律进行了研究。在实验研究方面,以取自川煤集团某煤矿煤岩试样为研究对象,结合压汞法、低温氮气法和核磁共振法对煤样的孔裂隙结构进行了测试分析,借助煤岩热流固耦合实验装置（THM）进行了煤岩加卸载实验,分析了煤岩在加卸载过程中的渗流、变形及能量演化规律。在理论分析与数值模拟方面,分析了瓦斯和应力共同作用对煤体渗透率
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51674048）《真三维采动作用下煤岩固气耦合机理及瓦斯运移规律研究》； 十三五国家科技重大专项（2016ZX05043005）《 新疆大倾角多煤组煤矿区煤层气开发利用技术》；
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本文采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对采动影响下煤岩流固耦合机理及瓦斯运移规律进行了研究。在实验研究方面,以取自川煤集团某煤矿煤岩试样为研究对象,结合压汞法、低温氮气法和核磁共振法对煤样的孔裂隙结构进行了测试分析,借助煤岩热流固耦合实验装置（THM）进行了煤岩加卸载实验,分析了煤岩在加卸载过程中的渗流、变形及能量演化规律。在理论分析与数值模拟方面,分析了瓦斯和应力共同作用对煤体渗透率的影响,推导了瓦斯和应力作用下煤体的渗透率演化模型,结合前人的实验结果对模型进行了验证;基于煤岩双孔介质模型,结合瓦斯质量守恒方程、应力平衡方程及煤岩的动态渗透率模型,构建了采动影响下煤岩流固耦合模型,最后借助COMSOL数值软件研究不同埋深和不同瓦斯压力下煤层的渗透率演化及瓦斯运移规律。主要结论如下:（1）结合压汞法、低温氮气法和核磁共振的实验结果可知,煤样的等温吸附曲线属于第Ⅱ型,且吸附-解吸曲线分离较大,不存在滞后环现象;煤样的总孔隙率约为4%,其中微孔及小孔孔隙率为3.4%占总孔隙的85%,中孔及大孔等渗流孔的孔隙率为0.6%。（2）推导了侧向应力作用下裂隙变形的两种变化关系-线型和指数型,侧向应力对裂隙变形的影响机理与法向应力相同,建立了三向应力作用下煤体的渗透率表达式;基于前人的实验数据,采用1st Opt软件进行全局优化非线性拟合,验证了所建立的表达式的合理性。（3）加卸载条件下煤样的轴向塑性应变与径向塑性应变近似呈线性关系,从屈服损伤开始至残余阶段的过程中煤样剪胀角随塑性剪应变的变化在某一恒定范围内上下波动;根据塑性体积应变与裂隙开度的关系,以剪胀角为桥梁,建立了煤样渗透率与损伤变量及应力之间的关系表达式;煤样损伤演化过程与累计耗散能比值η的变化密切相关,在不同加载阶段具有不同的能量转换特征,η随轴向应变的变化呈“～”型,其变化趋势可以划分为五个阶段。（4）结合瓦斯压力、煤体吸附变形及应力对煤体渗透率的影响,建立了煤体的动态渗透率演化模型;将煤岩看成孔隙-裂隙双重介质,结合瓦斯质量守恒方程、应力平衡方程及渗透率演化模型,构建了采动影响下煤岩瓦斯运移流固耦合模型;将构建的模型嵌入COMSOL数值软件中,研究了埋深和瓦斯压力对煤层瓦斯运移的影响。
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