层理方向对原煤变形与渗流特性的影响深度解析

本文主要探讨了"不同层理方向对原煤变形及渗流特性的影响"这一主题，通过使用作者自行研发的含瓦斯煤热流固耦合伺服渗流试验装置。研究对象为具有平行和垂直层理的两种原煤样本，实验设计在相同的有效应力和瓦斯压力条件下，分别测试了不同轴压和围压组合，以及在相同瓦斯压力和静水压力情况下，不同有效应力下的渗流性能。实验结果显示： 1. 平行层理的试样在z方向的裂隙度（φz）显著高于垂直层理试样，这表明平行层理结构对煤体的渗透性有显著提升。垂直层理试样的总裂隙度φ虽然不如平行层理，但其整体裂隙网络可能更密集。 2. 在煤体内部，平行层理方向的裂隙度普遍大于垂直层理方向，这说明煤体的微观结构对渗透路径有重要影响，平行层理的通道更利于瓦斯的流动。 3. 在静水压力作用下，平行层理试样的渗透率表现优于垂直层理试样，说明煤体在平行层理方向上的渗透性更为高效。 4. 基于平板流体理论，研究发现渗透率与径向应变存在二次函数关系，这意味着煤体在受到应力作用时，平行层理方向的初始裂隙度系数β（即裂隙发育的敏感性）是垂直层理方向的1.5到2.0倍。 5. 当将渗流通道假定为贯通裂隙时，平行层理方向的初始裂隙度φ0与初始裂隙开度平方d20的乘积再次显示出与垂直层理方向相比的优势，这进一步强调了层理方向对煤体渗流性能的关键作用。 这项研究揭示了层理方向对原煤物理性质的显著影响，这对于理解和预测煤层瓦斯开采过程中的流动行为、防止煤层突出等问题具有重要的实际意义，对于煤炭行业的开采技术优化和安全控制提供了科学依据。