顺层钻孔瓦斯抽采影响因素的物理模拟试验研究

发布时间：2020-05-06 10:22

【摘要】：瓦斯抽采不仅可以降低煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、矿井瓦斯涌出量,进而防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害,而且抽出的瓦斯(煤层气)可作为洁净能源加以利用。然而,在瓦斯抽采过程中,瓦斯运移规律极为复杂,气体流动、固体变形和温度变化相互耦合。本文利用重庆大学自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,分别进行了不同吸附性气体条件、不同气体压力条件和不同地应力条件下煤层多钻孔瓦斯抽采试验,分析了抽采过程中瓦斯压力、煤层温度、煤层变形和抽采流量的演化规律,探讨了各因素对瓦斯抽采效果的影响机制,取得的主要研究成果如下:1)在抽采过程中,瓦斯压力、煤体温度及变形在抽采初期均下降迅速,后期下降缓慢,且离钻孔越近的区域,瓦斯压力和温度下降越快;通过断面的流场图分析发现,气压的等压线形成以钻孔为中心的不规则圆形,在层面的流场图中四个钻孔的等压线则密集程度不同,且在抽采初期两个钻孔中间形成高压带,这是由于煤体的不均质性,导致不同区域的气压值不同。2)随着气体吸附性的增强,煤层达到同一气压的吸附量增加。在抽采过程中,同一气压测点气体压力下降速率随气体吸附性增强而降低,同一温度测点温度下降量则增加;煤体变形量与气体的吸附性和应力方向有关,对于煤层同一应力方向的变形量,抽采CO_2气体的变形量最大,抽采N_2气体的变形量最小,同一种吸附性气体在应力σ_1方向的应变量最大;在抽采过程中,四个钻孔累积流量随着气体吸附性的增加而增大,同一吸附性气体的抽采流量Ⅰ号和Ⅳ号钻孔的累积流量大于Ⅱ号和Ⅲ号钻孔的累积流量。3)在不同初始气体压力条件下的抽采过程中,同一测点气压下降速率及温度变化量随着初始气体压力的增大而增大,且同一钻孔的瞬时流量的最大值和最终的累积流量也随之增大。4)在原始应力条件下的抽采过程中,随着地应力的增大,气压下降速率减缓,气体解吸能力下降,温度下降量减小,煤体变形量也随之减小,抽采时的瞬时流量最大值和累积流量也减小。在采动应力条件下,随着应力集中系数的增加,同一测点气压下降速率、温度变化量及同一区域煤层变形量均减小,抽采效率呈现先升高后下降的规律。
【图文】：

物理模拟,煤层气开采,多场耦合,试验系统

2 顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验方法2 顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验方法试验系统本次试验采用重庆大学自主研制的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统主要由主体承载支架、加载系统、试件箱体、控制与数据采集系统、力成型系统、供气系统和附属设施等组成，试验系统实物图及参见如图是加载系统，考虑模拟煤层所受地应力分布状况，因此，具有不同方向级的加载方式，并且数据采集系统能够实现全过程采集，本文对该试验详细的结构介绍。

控制界面

作动器和压头作用在箱体内 3 个方向共 9 个压板的中心，以模拟煤体中赋存的各向地应力，加载系统中的位移传感器和力传感器，可以实现位移加载和力加载等加载方式。③侧向多管开采系统。箱体左壁设有 4 个数据采集孔，内侧连接抽采管，外侧连接导气接头，均可以保证气密性，外部接有气压传感器和质量流量计。箱体内开采管总长为 330 mm，抽采管轴向设有透气孔，而且有效透气区域长 160 mm，外径为 18mm、内径为 6.4mm。抽采负压为大气压。④数据采集系统。控制与数据采集系统主要有参数控制和数据采集两部分，参数控制是通过 MaxTest-Coal 软件对伺服控制机和加载液压缸进行参数设定，分为位移控制和应力控制两种控制方式。控制软件面板共有 9 个控制窗口，分别依次对应于 9 个伺服控制机和加载液压缸，而且每组可分别编制程序，可实现每组达到不同的应力目标值和不同加载速率，另外也可以对分别进行位移控制和位移加载。控制窗口和右侧程序控制分别使用不同的“开始”和“停止”按钮，可分别控制加载系统和程序开启，使加载系统更加稳定，，程序控制自由切换的效果。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712.6

【参考文献】