Étude expérimentale des lois d'évolution de l'expansion volumique et de la perméabilité du charbon tectonique induite par la libération de contrainte

HAN FENG ,  

LUO RONG ,  

ZHU SHILIANG ,  

ZHOU XIAOZHI ,  

CHEN XUEHUA ,  

QIU XIN ,  

FANG HUIJING ,  

DING HAI ,  

摘要

Afin de révéler les lois d'évolution et les mécanismes internes des caractéristiques de perméabilité du charbon tectonique lors du processus de libération de contrainte, des échantillons de charbon granular typique et de charbon mylitis de la zone minière de Huainan ont été sélectionnés pour préparer des échantillons de charbon modelé. En utilisant un système de simulation de chargement et de déchargement de contrainte triaxiale autonome, des expériences physiques simulées sous différentes conditions de décompression, de température et d'humidité ont été systématiquement menées. Les résultats montrent que pendant la libération de contrainte, l'expansion du volume du charbon et sa perméabilité augmentent significativement avec la diminution de la contrainte effective, avec une expansion volumique maximale atteignant 54 cm³ et une perméabilité maximale augmentant jusqu'à 0,8936×10⁻³ μm². Ce processus d'évolution est régulé par plusieurs facteurs tels que la structure du charbon, la température, l'humidité et la direction de la décompression. L'expansion et l'effet d'augmentation de la perméabilité du charbon mylitis sont nettement supérieurs à ceux du charbon granulaire, avec une augmentation du volume de 19,4% à 25,95% et une amélioration de la perméabilité atteignant 21,88%. Les conditions de haute température (45 ℃) et de sécheresse favorisent l'amélioration de la perméabilité, le taux moyen de croissance de l'expansion volumique étant augmenté de 23,24% par rapport aux conditions à 15 ℃ ; la décompression multidirectionnelle peut activer des fissures multidirectionnelles et construire un réseau de flux tridimensionnel, avec un effet d'augmentation de la perméabilité optimal, environ 7,7% supérieur à la décompression unidirectionnelle. L'analyse mécaniste montre que la diminution de la contrainte effective entraîne principalement l'évolution des voies de flux par une interaction synergique d'« ouverture des fissures — récupération élastique — contraction de la matrice » ; le stress thermique généré par la température est en compétition avec la contrainte effective, sous les conditions de décompression le stress thermique favorise l'expansion externe du charbon ; l'humidité, occupant l'espace des pores et fissures et augmentant la plasticité du charbon, inhibe significativement le développement des canaux de flux, la perméabilité diminuant de 45,35% lorsqu'elle atteint 5% d'humidité. En conséquence, le développement du gaz des couches de charbon à contrainte libérée doit privilégier des réservoirs homogènes avec charbon mylitis développé, un stress géologique initial faible, une température modérée, une faible humidité et sans apport d'eau externe. Cette étude peut fournir une base théorique importante pour l'optimisation du programme de développement sur site.

关键词

zone minière de Huainan;libération de contrainte;charbon tectonique;expansion volumique;perméabilité;décompression et pompage

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