瓦斯抽采或煤層氣開采過(guò)程中，煤層的滲透率隨著載荷條件發(fā)生變化也發(fā)生變化。傳統(tǒng)的PM滲透率模型應(yīng)用范圍比較局限，其僅適用于單軸壓縮且煤層上覆載荷不發(fā)生變化，對(duì)于復(fù)雜煤層的載荷發(fā)生變化，則就不適應(yīng)。本案列通過(guò)選取兩個(gè)不同的滲透率模型，其一是Zhang等人提出的應(yīng)用范圍更廣泛的模型，其二是在煤層滲透率使用廣泛的PM模型。煤層周圍載荷發(fā)生變化，探究煤層變形、基質(zhì)變形、孔壓變化對(duì)煤層滲透率的影響，以及討論P(yáng)M模型的局限。

工況一：?jiǎn)屋S壓縮，上覆載荷無(wú)變化。如上圖幾何模型所示，其左右下邊界為約束邊界，上邊界為固體載荷垂直應(yīng)力。此模型，采用(1)雙重孔隙-裂隙介質(zhì)模型；(2)僅考慮裂隙滲流。在(1)中雙重介質(zhì)模型中，采用改進(jìn)的Zhang的滲透率模型以及PM模型,在Zhang的模型，分為(a)考慮基質(zhì)變形和孔壓變化；(b)僅考慮孔壓變化。在(2)中采用PM滲透率模型。

雙重介質(zhì)模型中改進(jìn)的PM滲透率模型

雙重介質(zhì)模型中改進(jìn)的ZHANG的滲透率模型

單軸壓縮情況下各滲透率演化

ZHANG的滲透率模型考慮煤層變形對(duì)有效應(yīng)力、滲透率的影響，而PM模型未考慮煤層變形對(duì)滲透壓率影響。鉆孔附近的煤層變形較大，導(dǎo)致鉆孔附近的煤體滲透率比值增大的幅度更大。未考慮基質(zhì)變形的ZHANG的模型，滲透率演化的趨勢(shì)和考慮基質(zhì)變形的演化趨勢(shì)相反，可以看到基質(zhì)變形對(duì)滲透率的影響較大。

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考慮基質(zhì)變時(shí)的體應(yīng)變

未考慮基質(zhì)變時(shí)的體應(yīng)變

從煤體變形的體應(yīng)變可以看出，考慮基質(zhì)變形時(shí)的體應(yīng)變小于未考慮基質(zhì)變形時(shí)的體應(yīng)變，可能與煤基質(zhì)收縮有關(guān)系。同時(shí)，考慮基質(zhì)變形時(shí)在鉆孔附近的y方向的位移大于周圍的位移，這個(gè)區(qū)域收到煤基質(zhì)影響范圍更大。

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單軸壓縮瓦斯壓力變化

單軸壓縮瓦斯壓力變化顯示，考慮基質(zhì)收縮時(shí)的滲透率瓦斯壓力下降幅度最大，僅考慮裂隙滲流瓦斯壓力下降幅度最小，其與煤層滲透率演化有關(guān)系。

但是僅考慮裂隙單孔滲流的瓦斯抽采量在前期確實(shí)最大的，其與是否考慮基質(zhì)中瓦斯擴(kuò)散有關(guān)系。

非單軸壓縮情況下各滲透率演化

非單軸壓縮情況下，ZHANG的模型滲透率影響在煤層左右邊界附近的滲透率和單軸壓縮有所不同，其主要原因在于煤層變形的影響。而在煤層右邊界的兩個(gè)ZHANG的邊界條件相同時(shí)，滲透率變化也是相同的。PM模型的在不同條件下，其滲透率變化結(jié)果是相同的。

左右邊界無(wú)約束時(shí)的煤體體應(yīng)變

左邊界受到水平壓應(yīng)力時(shí)的煤體體應(yīng)變

非單軸壓縮的兩種情況中左邊界煤體的變形明顯不同，導(dǎo)致其滲透率演化趨勢(shì)不同。而右邊界煤體變形相同，所以其滲透率演化趨勢(shì)也是相同的。從以上幾種情況上看，煤體的滲透率受到煤層變形影響較大。PM模型未考慮煤體變形，則其邊界條件改變時(shí)，不會(huì)影響滲透率的變化。

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不同載荷條件下煤與瓦斯氣固耦合模型及其滲透率演化 － 技術(shù)鄰 (jishulink.com)