沙曲煤矿井上下钻孔对接预抽煤层瓦斯技术效果分析与评价

发布时间：2017-05-11 17:12

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【摘要】：瓦斯抽采是矿井防治煤与瓦斯突出、解决瓦斯灾害的最根本途径之一，传统的瓦斯预抽技术在抽采低渗透高瓦斯突出煤层时有着许多不足之处。本文以沙曲煤矿井上下钻孔对接预抽煤层瓦斯新技术为研究对象，从微观基础实验出发对煤体的微观结构与瓦斯运移的关系进行研究，从宏观出发对24307工作面使用新技术的抽采效果进行了分析并利用Comsol软件进行数值模拟研究，主要工作有： 1、通过对沙曲煤矿基本瓦斯参数的测定和计算，确定4号煤层为突出煤层，为可以抽采且必须抽采煤层，采用传统瓦斯抽采方法治理瓦斯效果不明显； 2、对4号煤层煤样进行了煤质工业分析、电镜扫描、压汞实验和吸附解吸实验。煤样发育有大量的微孔隙，其孔隙体积和孔隙面积主要是由小孔及微孔控制，50nm以下微孔隙决定了吸附瓦斯气体的能力，煤体孔隙通道比较弯曲复杂、瓦斯流动阻力较大、大孔裂隙较少；煤样各时间内随吸附平衡压力增大解吸瓦斯量逐渐增加，但是累积解吸总量占原始瓦斯含量的比重却不大，这使得吸附态瓦斯通过提高抽采负压解吸出来较困难，从而制约着瓦斯抽采效果； 3、对抽采新技术的增产原理及优越性进行分析，工艺技术分为三个步骤，分别为地面施工多分支水平井、多分支水平井与井下瓦斯抽采钻孔对接、井下钻孔与煤矿井下瓦斯抽采系统连接进行抽采，综合分析了多分支水平井产能与影响因素之间的关系，并对施工技术进行分析； 4、联合含瓦斯煤体的应力场控制方程、孔隙率和渗透率方程、渗流场控制方程，建立了含瓦斯煤体钻孔抽采瓦斯的固-气耦合模型，并给出了应力场和渗流场的定解条件； 5、对24307工作面瓦斯抽采效果进行了分析，通过数值模拟得到的钻孔模拟抽采数据与实际抽采数据对比验证了所建立模型的正确性，在此基础上模拟得到瓦斯抽采有效影响半径，并对瓦斯抽采产能进行了预测，验证了抽采新技术的高效性。
【关键词】：瓦斯抽采 多分支水平井 瓦斯运移 有效影响半径 数值模拟
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712
【目录】：

• 论文审阅认定书3-4
• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 图清单12-15
• 表清单15-16
• 变量注释表16-18
• 1 绪论18-23
• 1.1 问题的提出18-19
• 1.2 研究的目的及意义19
• 1.3 国内外研究现状19-21
• 1.4 本文的研究内容及技术路线21-23
• 2 矿井基本参数测定及瓦斯现状分析23-29
• 2.1 矿井瓦斯基本参数测定23-27
• 2.2 瓦斯治理现状分析27
• 2.3 小结27-29
• 3 煤层孔隙裂隙结构特征及吸附解吸实验研究29-43
• 3.1 煤质工业分析29-30
• 3.2 煤的孔隙裂隙结构特性30-31
• 3.3 煤的孔隙裂隙结构实验研究31-38
• 3.4 煤的吸附解吸实验研究38-41
• 3.5 煤层瓦斯运移规律分析41-42
• 3.6 小结42-43
• 4 井上下钻孔对接预抽煤层瓦斯新技术43-51
• 4.1 增产机理及优势分析43-46
• 4.2 工艺技术分析46-49
• 4.3 小结49-51
• 5 含瓦斯煤体钻孔抽采瓦斯固-气耦合模型的建立51-62
• 5.1 模型的基本假设51
• 5.2 模型的建立51-60
• 5.3 模型的定解条件60-61
• 5.4 小结61-62
• 6 井上下钻孔对接预抽煤层瓦斯效果模拟分析与评价62-74
• 6.1 多物理场耦合软件 COMSOL-Multiphysics62-63
• 6.2 数值模型的建立63-65
• 6.3 数值模型可行性验证65-70
• 6.4 瓦斯抽采有效影响半径预测70-72
• 6.5 抽采产能预测72-73
• 6.6 小结73-74
• 7 结论与展望74-76
• 7.1 结论74-75
• 7.2 论文创新点75
• 7.3 研究展望75-76
• 参考文献76-80
• 作者简历80-82
• 学位论文数据集82

【参考文献】

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本文编号：357696