单裂隙结构特征对煤岩体内瓦斯流动特性的影响

为探究单裂隙粗糙度、开度等结构特征对煤岩体内瓦斯流动特性的影响，基于Weierstrass-Mandelbort分形函数生成不同粗糙度的裂隙轮廓曲线，构建含不同分形维数和裂隙开度的二维裂隙煤岩体模型。运用Fluent软件模拟分析裂隙分形维数、开度对裂隙内部及周边煤岩基质内瓦斯流动特性的影响，建立了可定量刻画裂隙结构特征对煤岩体相对渗流能力具有影响的流量系数双参数模型。结果表明：随着裂隙分形维数减小，裂隙开度增大，煤岩体渗流能力逐渐增强，且裂隙导流能力在煤岩体渗流过程中逐渐占优，流量占比最高达81%。随着分形维数增大，裂隙内瓦斯流动非线性强度系数呈指数型增大，影响裂隙内瓦斯流动非线性强度系数的主控因素逐渐由裂隙开度转变为分形维数，同时在煤岩基质靠近裂隙轮廓曲线离散程度较大的位置处，存在局部渗流速度增大的现象。当裂隙开度增大至1.5 mm后，裂隙分形维数对流量系数的影响起主导作用，反之，裂隙开度起主导作用。提出了流量系数与分形维数、裂隙开度的经验关系式。