【摘 要】
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煤层含水性和孔隙性是煤矿瓦斯预测与瓦斯治理的重要参数,研究煤层受载含水煤样超声特征(波速和品质因子)与孔隙变化特征关系,是发展煤层含水性和孔隙性声波物探方法的基础。针对赵固二矿二1煤层不同层理方向的煤样,采用理论分析与试验结合方法,基于Wood理论,利用自制煤储层压裂模拟及物性特征试验系统,测量在常温常压条件含水煤样波速参数。之后分析受载含水煤样波速、品质因子、孔隙率特征,探讨三轴受载干燥煤样与饱
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煤层含水性和孔隙性是煤矿瓦斯预测与瓦斯治理的重要参数,研究煤层受载含水煤样超声特征(波速和品质因子)与孔隙变化特征关系,是发展煤层含水性和孔隙性声波物探方法的基础。针对赵固二矿二1煤层不同层理方向的煤样,采用理论分析与试验结合方法,基于Wood理论,利用自制煤储层压裂模拟及物性特征试验系统,测量在常温常压条件含水煤样波速参数。之后分析受载含水煤样波速、品质因子、孔隙率特征,探讨三轴受载干燥煤样与饱和煤样条件下的声波特性和孔隙率变化,研究利用煤层超声波特征(波速、品质因子)预测孔隙率方法的可行性。主要成果如下:1)常温常压下测量的煤的纵波波速,主要受干燥煤波速、孔隙率和含水饱和度三个因素影响,并以60%含水饱和度为分界点适合不同的方程,且不同含水饱和度煤样平行层理与垂直层理适应方程也不同。60%之前,煤样平行层理波速与Wood理论计算波速基本吻合,而垂直层理波速与修正公式计算波速基本吻合。60%之后,两方向波速与Kauster-Toksoz理论计算波速基本吻合。2)对比干燥与饱和水状态下受载煤样超声响应特征,发现煤的品质因子对煤的含水性更敏感。对比干燥与饱和水状态下受载煤样超声波速、孔隙率和品质因子等参数的变化特征,得出干燥煤样平行层理方向波速变化不易区分,孔隙率变化相对区分。而饱和煤样平行层理方向波速变化易区分,孔隙率变化不易区分。3)围压确定,轴压每增加1MPa,煤样波速、品质因子、孔隙率随着发生改变。通过干燥煤样和饱和煤样波速与孔隙率变化量和品质因子与孔隙率变化量的分析,得出波速与品质因子变化量曲线一致,而孔隙率变化量与之相反。4)煤样中孔隙率的存在影响煤样波速、品质因子的变化,通过分析干燥与饱和煤样波速和品质因子与孔隙率,发现它们之间存在良好的关系。无论干燥煤样还是饱和煤样波速与孔隙率关系符合公式φ=aIn(Vp)+b,而干燥煤样还是饱和煤样品质因子与孔隙率关系符合公式Q=a*x+b,从而可准确快速的预测出煤样的孔隙率。本文通过分析常温常压下不同含水饱和度煤样的波速变化规律和三轴受载干燥与饱和煤样声波波速、孔隙率、衰减系数不同层理方向特征,明确干燥煤样与饱和煤样之间的差异,在通过波速、孔隙率、品质因子变化量分析,得出他们之间的联系,建立波速、品质因子与孔隙率之间的关系。
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