气—水两相流耦合模型及瓦斯抽采模拟研究

发布时间：2021-07-26 23:27

　　针对目前进行瓦斯抽采模拟时大多忽略煤层含水的问题,建立了考虑气—水两相流的瓦斯抽采流固耦合模型。在瓦斯单相作用的基础上,考虑煤层水渗流及孔隙水压力所产生的影响,推导出相应的应力场方程和渗流场方程,并建立渗透率动态演化模型作为耦合模型,据此分析瓦斯—水运移规律。研究结果表明:考虑气—水两相流,产气速率具有峰值点;若不考虑水的影响,则将高估瓦斯抽采量;距钻孔越远,水对瓦斯运移的抑制作用越明显,且抑制作用大于因煤体自身有效应力减小、渗透率增大所带来的促进作用;煤层初始渗透率对瓦斯抽采具有决定性作用;煤层温度越高,瓦斯压力越不易降低,由温度增高引起的瓦斯解吸效应大于煤层自身的吸附应变效应。 

【文章来源】：矿业安全与环保. 2020,47(04)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

气—水两相流几何模型示意图

将产气速率定义为抽采一段时间内平均每天的瓦斯抽采量，产水速率定义同理。瓦斯抽采产气速率与产水速率变化情况如图2所示。由图2可知，在抽采期内，产气速率先迅速增大，之后缓慢减小，峰值产气速率出现在第18天;产水速率表现为迅速减小。抽采初期为产水速率最高期，煤体孔隙中含水量较大，阻塞瓦斯运移通道，随着水不断被抽出，产气速率不断升高，而产水速率几乎降为0。模拟结果与实际含水煤层瓦斯抽采产气、产水规律基本一致。

将普通流固耦合模型(HM模型)和考虑气—水两相流的流固耦合模型(TP-HM模型)进行对比，结果如图3所示。由图3可以看出，HM模型产气速率呈现单调递减的趋势，最高产气速率出现在抽采初期，而TP-HM模型具有峰值产气速率。HM模型由于不考虑煤层水对瓦斯抽采的影响，产气速率总体上大于TP-HM模型。可见，若不考虑煤层水的影响，在实际生产中则将高估瓦斯抽采量。

【参考文献】：
期刊论文
[1]水力压裂技术在成庄煤矿低透气性突出煤层的应用及效果[J]. 孟小红.  矿业安全与环保. 2019(04)
[2]考虑水渗流作用的顺层抽采模拟及参数优化研究[J]. 周西华,张潇文,白刚,边强,赵璐璐.  中国安全生产科学技术. 2018(10)
[3]高瓦斯煤层注液态CO2压裂增透技术试验研究[J]. 马砺,魏高明,李珍宝,张继兵,吴鹏,李秀山.  矿业安全与环保. 2018(05)
[4]基于多物理场耦合的顺层钻孔瓦斯抽采参数优化研究[J]. 刘佳佳,贾改妮,王丹,马权.  煤炭科学技术. 2018(07)
[5]综放工作面瓦斯抽采最优钻孔参数研究[J]. 齐庆杰,祁云,张建国,周新华.  中国安全生产科学技术. 2018(06)
[6]基于动态流固耦合模型的瓦斯抽采半径及孔间距研究[J]. 许克南,王佰顺,刘青宏.  煤炭科学技术. 2018(05)
[7]考虑基质瓦斯渗流的煤层流固耦合模型[J]. 李胜,张浩浩,范超军,毕慧杰,杨振华,陶梅.  中国安全科学学报. 2018(03)
[8]煤层渗透率各向异性对钻孔瓦斯抽采的影响[J]. 范超军,李胜,兰天伟,杨振华,罗明坤,陶梅.  中国安全科学学报. 2017(11)
[9]本煤层顺层预抽瓦斯钻孔间距数值模拟研究[J]. 施永威,王宗林,梁冰,周阳,孙维吉.  中国安全生产科学技术. 2017(05)
[10]基于流固耦合模型的穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究[J]. 李胜,毕慧杰,范超军,罗明坤,兰天伟.  煤炭科学技术. 2017(05)

博士论文
[1]热流固耦合条件下煤岩体损伤模型及其应用[D]. 魏晨慧.东北大学 2012



本文编号：3304584