基于等效物理结构的煤体瓦斯扩散特性及应用

发布时间：2021-09-29 00:46

　　煤层中的瓦斯在浓度差作用下发生基质孔隙内扩散和裂隙内渗流的串联运动是煤层瓦斯运移的基本过程,对煤层瓦斯扩散和渗透运移特性的准确预测是瓦斯高效抽采和利用的前提。煤层中瓦斯的扩散是原位条件下煤体瓦斯扩散的过程,煤体瓦斯扩散特性的研究需要知道煤体基质与裂隙的空间结构关系,即需要建立在一定的煤体物理结构模型上才能确定基质内瓦斯与裂隙内瓦斯的质量交换。对于构造煤目前尚未针对合适的基质重塑煤体建立其等效物理结构模型,没有获得表征基质与裂隙结构关系的基质形状因子;此外,采用煤粒进行瓦斯扩散的研究并不能反映煤体瓦斯扩散特性。针对煤体等效物理结构和瓦斯扩散特性研究的不足,本文运用吸附科学、颗粒力学、岩石力学、渗流力学和扩散动力学等理论方法,对构造煤进行基质重塑形成合适的试样,结合煤粒力学特性和煤样瓦斯渗透特性构建煤体的等效物理结构模型,基于等效物理结构模型研究煤体瓦斯扩散系数演化特性,并构建煤体基质形状因子,最后分析瓦斯耦合运移机制并提出优化原生煤和构造煤组合条件下瓦斯抽采效果和提高瓦斯抽采浓度与利用率的技术措施,主要研究结论如下:1)孔隙结构是影响煤体瓦斯扩散特性的关键因素,根据压汞法、氮气吸附法和二... 

【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：190 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

煤孔隙测试方法及孔径范围Figure1-1Methodsandmeasuringrangesofcoalpores

博士学位论文构模型测定煤体瓦斯扩散系数并构建基质形状因子，建立煤体瓦斯运移气固耦合模型，分析原生煤和构造煤中瓦斯运移规律以及扩散和渗透过程对瓦斯运移的影响机制，研究原生煤和构造煤组合条件下煤层瓦斯运移规律，通过改变抽采钻孔布置方式优化组合煤层瓦斯抽采效果，并提出提高瓦斯抽采浓度和利用率的技术措施。论文的技术路线如图 1-2 所示。

图 2-1 原生煤层瓦斯运移双孔模型示意图-1 Illustration of dual-porosity model of methane migration in an intac斯气固耦合作用极其复杂，需要作一定简化处理以便模型斯运移模型基于以下假设[15, 177-180]：忽略煤层中水、氮气、氧气、二氧化碳和其它气体，认为；煤层为均质、各向同性的双孔弹性介质；瓦斯在煤层中的运移是等温过程；煤层裂隙内充满游离态瓦斯，而基质内瓦斯以吸附态和游瓦斯为理想气体，满足理想气体状态方程，其粘度为一定煤体的变形为小变形。1）是最基本的简化，忽略了相渗透率、毛细管压力、润低了煤层特性的不确定性。孔（裂）隙系统模型条件下，煤层中的瓦斯主要包括裂隙


本文编号：3412866