多岩性组合层渗流问题探析

《多岩性组合层渗流问题探析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、多岩性组合层渗流问题探析摘要：在达西定律的基础上通过替加原理结合连续性方程对串并联组合介质渗流规律进行理论推导，得出多岩性串（并）联组合层的当量渗透系数分别为串（并）联的各层岩层渗透系数的加权平均值（算术平均值）的结论。将该多岩性组合层渗流规律在实际生产屮推广与应用,对解决地下采矿工程的瓦斯跃层渗流，煤层气抽采孔布置及水下采煤等工程问题具有极其重大的意义。关键词：多岩性组合层渗流达西定律串联并联0引言目而国内外対流体的渗流规律研究以瓦斯在岩石（煤体）中渗流为热门，以及油在单相多孔介质屮的渗流以及水在

2、岩层裂隙屮的渗流等问题。孙培徳，鲜学福总结了在瓦斯渗流领域，冃前科研发展趋势及水平主要集中反映在线性瓦斯流动理论，非线性瓦斯流动理论，地物场效应的瓦斯流动理论和多煤层系统瓦斯越流理论四个方向上。周世宁，何学秋围绕着煤体孔隙压力与围岩应力对煤岩体渗透系数的彩响，以及通过对渗流定律达西定律的各种修」匕建立和发展了固气耦合作用的瓦斯流动模型及其数值方法，提出了流体-■岩石相互作用理论；孙培德，鲜学福提出的煤层气越流的固气耦合理论及其应用在一定程度上解释了多层煤层瓦斯流动问题。在其他流体在介质屮流动方面，文

3、献干-恩志等以盐水作为渗流流体，分别采川恒速法和恒压法进行低渗透饱和砂岩在冇围压耦合作川下的稳定渗流实验，林敏以细沙的渗流介质研究不稳定达四渗流实验发现只要雷诺数较小即使在变水头条件下的渗流，其动态特征依然满足达西定律。此前的研究及实验主要集中在单相介质渗流问题，对于多相介质渗流问题孙培德等虽冇相关研究，但由于该理论建立在大量的假设基础上应川Fick定律，朗格缪尔（Lang2muir）方程等作出的推论，决定了其应用的局限性，而在目前工程实践中所遇的工程难题往往乂集中于相对比较复杂的组合介质，因此探求

4、更加可靠、广泛的渗流规律成为工程生产与发展的必然需求。本文以线性渗流理论为棊础,对多岩性岩层渗流规律的深入探讨将有助于解决煤层群开采中采场瓦斯涌出，保护层开采的有效保护范围的确定，以及井下邻近层（采空区）瓦斯抽放工程的合理布孔设计及抽放率预估等问题。1多岩性组合层渗流问题在采矿工程地下开采过程中，煤层群上分层开采时采场瓦斯由上煤层穿越各地层涌向下层采空区，保护层开采的冇效保护范围确定，井下邻近层（采空区）瓦斯抽放工程的合理布孔设计及抽放率预估，水下工程实施中水的渗流穿过多层地层到达施工场地等问题，均

5、涉及介质在多岩性组合层的串联或并联屮的渗流，在这片理论相对空口的领域，多岩性组合层渗流规律的探析将通过研究地层地质条件冇效地解决瓦斯越层涌出虽过大，邻近层瓦斯抽放孔合理布放等上述问题。2多岩性组合层渗流实验的物理模型2.1多岩性层串联在工程实践中渗流方向垂直丁•各地层的现彖极为常见如多煤层上分层开釆的瓦斯渗流过程。在研究此类问题的渗流规律我们将建立图1所示物理模型B丄图表1多地层串联渗流模型2.2多岩'性层甥.v'矗方I多夹加由各其分解为垂直和、卜行于地层）也是普遍于实际生产中。在©轉笛其转化为如图

6、2的物理模型图表2多地层渗流并联模型3多岩性组合层渗流实验的数学模型3.1多岩性层串联图1设自上而下各层岩性的渗流系数依次为他，k2f……kn,等为*过水断而的而积均为筒的底而积力，测压管的鬲度依次为加由达西定律知整个组合层的渗流规律：/in—hnQ=kAJ—kA—(1)第仇层的渗流规律：各岩性层的厚度均相,h2……h仇,贝ijQn=knAJn=如为二如……(仇)由连续性方程知，串联渗流的流量满足：Q=Q=Q2=…=Qn……O+1)将(2)(3)…(仇)累加得:/in—hnQi+Q2+…+Q九=n

7、Q=nkA=仇/心。-加）+•••+◎（—整理得:k_k（h°一血）+…+k仇（h仇7一hjho—hn3.2多岩性层并联图2设口左而右各层岩性的渗流系数依次为竝，k2,・・・・・・kn,各岩性层的厚度均相等为£,过水断而的而积均为扌，测压管的髙度依次为/h,/12,则由达西定律知整个组合层的渗流规律：hi—bQ=kAJ=kA^-^•…(1)第必层的渗流规律：Ah]—鯨Qn==kn——-—……(仇)由连续性方程知，并联渗流的流量满足：Q=Ql+Q2Qn-1+Qn(仇+将(2)(3)-(仇)累加得:h

8、、—Ji?Ql+Q2+…+Qn-l+Qn=Q=kA£+Ze?+…+k仇一、+k仇］hi—h2=A——-—n£整理得：/q+伦+…+k仇一、+*仇k=n4工程应用探讨在工程实践中，多岩性串联组合原型是普遍存在的，结合上述理论推导，流体在多岩性组合层中的渗流规律的实践应用木文将从如下几个问题的解决展开讨论：⑴山连续性方程和叠加原理知流体在串联组合层的各层渗流是相互联系的，这与实际工程中渗流情况因不同地质层条件而杲的结果是一致的，这将对地质勘探工作中瓦斯渗流方向的预判，矿井