随着我国浅层煤炭资源的逐渐枯竭,加强深部煤炭资源开发是保障我国能源安全的必然选择,向深部煤层拓展势在必行。然而,由于我国煤储层普遍存在低压、低渗、低饱和度和非均质性等特点,加之因地应力、地温升高,带来的煤储层渗透性能的新变化,深部煤炭开采面临着如何高效抽采煤层瓦斯的重大难题。地面煤层气抽采方式是当前煤矿“先抽后建”、“先抽后采”的工作前提,而气水两相流阶段是地面煤层气抽采的关键环节,研究该阶段深部煤储层气水两相渗流机理,对于地面煤层气高效排采方案制定、深部煤矿瓦斯灾害防治,以及煤与瓦斯突出风险控制具有重要价值。本文以彬长矿区大佛寺煤矿黄陇侏罗系4号煤层煤样为研究对象,采用室内试验、理论分析、数值模拟相结合的研究方法,通过开展基于核磁共振技术的热力耦合下煤储层气水两相渗透性及相渗动态演化特征试验研究、流固耦合渗流理论模型及其数值模拟研究,较深刻揭示了热力耦合作用下煤储层气水两相渗流机理,主要研究结论如下: (1)围压对煤储层的绝对渗透率具有显著影响。随着围压的逐级增加,煤样渗透率首先急剧减小之后逐渐趋于平缓,最终维持某一定值不再发生较大的改变,呈现幂函数变化趋势; (2)不同围压条件下,温度对绝对渗透率的影响具有一定差异性。当煤岩处于在低围压状态下,随着温度提高渗透率显著提高;在高围压状态下温度对渗透率影响显著降低; (3)围压对气水两相相对渗透率具有显著影响。随着围压逐步提升,相渗曲线向左移动;水相相对渗透率曲线在驱替过程中的上升幅度,会随着围压的增加而增大,其斜率也由最初的平缓逐渐转变为陡峭;气相相对渗透率曲线在驱替各阶段的下降幅度,随着围压的增加,仅呈现出轻微的下降趋势,其斜率也随之从陡峭转为平缓; (4)温度对气水两相相对渗透率具有一定影响。相渗曲线随温度逐级增加向左偏移;水相相对渗透率曲线在驱替各阶段的变化幅度随着温度的增大并无显著变化,斜率无明显变化;气相相对渗透率曲线随着温度的增大驱替各阶段下降幅度随着温度的增大而出现微小的下降趋势,斜率从陡峭变得平缓; (5)基于上述研究,建立热力耦合作用下煤储层气水两相流固耦合渗流模型并以此为基础进行气水驱替模拟、不同抽采孔间距下煤层气抽采模拟,从理论角度上揭示了热力耦合作用下煤储层气水两相相渗动态演化规律并证实了理论研究在实际煤矿生产中的作用。 本研究为优化地面煤层气井的排采制度及制定煤矿瓦斯抽排技术方案提供了坚实的理论支撑,具有重要的参考意义和实际应用价值。