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摘要
错综复杂的裂隙网络为煤层气渗流提供了主要通道，其结构特征显著影响着煤层气产能。针对现有煤层气渗流模型未考虑裂隙网络连通性这一不足，基于拓扑图论分析了煤岩裂隙网络的连通性，推导了裂隙分支长度的幂律关系表达式。结合分形几何，在经典立方定律的基础上构建了考虑裂隙网络结构特征的渗透率模型，模型表明裂隙网络渗透率是分形维数、裂隙率、迂曲度分形维数、比例系数、连通性、最大裂隙分支长度、方位角、倾角以及特征长度的函数。开展了真三轴应力条件下煤岩裂隙网络渗流试验，分析了真三轴应力条件下煤岩裂隙网络渗透率演化规律；试验结果表明：随着主应力σ1、σ2和σ3的升高，煤岩中的裂隙逐渐被压缩，气体的渗流通道变窄，裂隙网络渗透率随着主应力σ1、σ2和σ3的升高均呈现出了负指数降低的趋势。从试验规律和结果出发，将构建的煤岩裂隙网络分形渗透率模型和S&D模型(Shi-Durucan)相结合，建立了真三轴应力条件下煤岩裂隙网络渗透率计算模型，并通过试验数据验证了模型的有效性，获得的渗透率变化趋势与加载三个主应力的过程相吻合，能够体现出三向应力的变化对渗透率的影响趋势，相比S&D模型更能反映煤岩裂隙网络渗透率的各向异性特征。研究成果对揭示煤层气在裂隙内的渗流机理、评估煤层气产能具有重要的理论意义和工程应用价值。
