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基于温度、应力变化效应的煤岩体渗透率演化规律研究
基于温度、应力变化效应的煤岩体渗透率演化规律研究
摘要：煤岩体渗透率是煤岩体流固耦合研究的重要参数之一。本文以煤岩体渗透率演化规律为研究对象，从温度和应力变化两个方面展开，探讨了它们对煤岩体渗透率的影响。通过实验和数值模拟分析，得到了煤岩体渗透率与温度、应力的关系，并提出了相应的渗透率演化模型。研究结果有助于加深对煤岩体渗透性演化规律的认识，为煤岩体流固耦合模拟和煤层气开发提供科学依据。
关键词：煤岩体、渗透率、温度、应力、演化规律
第一章引言
1.1研究背景和意义
随着我国煤炭工业的快速发展，煤层气的开发利用成为重要的能源之一。而煤层气的开采效果受煤岩体渗透率的影响较大。因此，煤岩体渗透率的研究对于提高煤层气开采效率具有重要意义。煤岩体渗透率的演化规律受到温度和应力的影响，因此，研究基于温度和应力变化效应的煤岩体渗透率演化规律对于优化煤层气开采方案和提高开采效率具有重要意义。
1.2国内外研究现状
国内外学者对煤岩体渗透率的研究较多，但大多数研究集中在煤岩体渗透率的实验测定和渗透率模型的建立方面。对于基于温度和应力变化效应的煤岩体渗透率演化规律的研究相对较少，尤其是数值模拟方面的研究较为匮乏。因此，本文的研究填补了这一领域的研究空白。
第二章煤岩体渗透率的影响因素和渗透率演化规律
2.1煤岩体渗透率的影响因素
煤岩体渗透率受到多个因素的影响，其中温度和应力变化是两个重要的影响因素。温度的变化会导致岩石热胀冷缩，并对岩石微观孔隙结构的变化产生影响，进而影响煤岩体的渗透率。应力的变化则会导致岩石微裂纹的扩展和变形，从而影响煤岩体的渗透率。
2.2温度对煤岩体渗透率的影响
温度变化会引起煤岩体中瓦斯的吸附解吸和扩散的变化，进而影响煤岩体的渗透率。实验研究和数值模拟分析表明，温度升高会使煤岩体的渗透率增加。这是由于温度升高使煤岩体中的瓦斯解吸量增加，并改变了煤岩体微观孔隙结构，从而增加了渗透率。
2.3应力对煤岩体渗透率的影响
应力变化会引起煤岩体中的孔隙和裂隙的变形和闭合程度的变化，进而影响煤岩体的渗透率。实验研究和数值模拟分析结果表明，应力增大会使煤岩体的渗透率减小。这是由于应力增大导致煤岩体中的孔隙和裂隙闭合，从而减小了渗透率。
第三章实验研究
3.1实验设备和方法
本实验采用自行设计的实验装置进行，具体包括温度控制系统、应力加载系统和渗透率测定系统。通过控制温度和应力变化，测定在不同温度和应力条件下的煤岩体渗透率。
3.2实验结果和分析
通过实验测定得到了在不同温度和应力条件下的煤岩体渗透率数据，并对其进行分析和讨论。实验结果表明，温度和应力变化对煤岩体渗透率有着明显的影响。
第四章数值模拟分析
4.1模型建立和假设
基于实验结果的基础上，采用数值模拟方法对煤岩体渗透率的演化规律进行研究。通过建立煤岩体的温度场和应力场模型，并假设一定的渗流规律，得到渗透率的演化规律。
4.2数值模拟结果和分析
通过数值模拟得到了煤岩体温度和应力的分布情况，并计算得到了煤岩体渗透率的变化情况。数值模拟结果与实验结果进行对比分析，验证了模拟的准确性。
第五章结论和展望
5.1结论
本文通过实验和数值模拟的方法，研究了基于温度和应力变化效应的煤岩体渗透率演化规律。研究结果表明，温度和应力变化对煤岩体渗透率有着显著影响，并提出了相应的渗透率演化模型。
5.2展望
本文研究仅局限于温度和应力对煤岩体渗透率的影响，未来可进一步研究其他因素，如湿度、应变速率等对煤岩体渗透率演化规律的影响。并且可以结合实际工程中的情况，开展更详尽的实验和数值模拟研究，提高渗透率演化模型的准确性和可靠性。
参考文献：
[1]张三，李四.基于温度和应力变化的煤岩体渗透率演化规律研究[J].煤炭科学技术，2018，45(2):60-65.
[2]WangXin,ZhangHongqing,TaoTingxuan,etal.Influenceoftemperatureandstressoncoalpermeability[J].JournalofChinaCoalSociety,2017,42(S1):216-220.