顺层钻孔注气置换煤层瓦斯时效特性研究
发布时间：2023-06-18 04:34
注气置换煤层瓦斯技术作为一种新型的强化抽采瓦斯技术，在其作用机理、合理注气参数等方面研究不足。本文采用理论分析、数值模拟和现场实测的手段，在研究注气置换煤层瓦斯作用机理的基础上，选择合适的注气气源，采用数值模拟的方法研究了注气置换煤层瓦斯的时效特性以及注气压力、抽采负压和布孔方式对其时效特性的影响，在井下进行现场试验，验证其与数值模拟结果的一致性。 首先，在总结国内外研究成果的基础上，提出了注气置换煤层瓦斯5个方面的作用机理，即注入气体的置换、降低CH4分压、筛滤吸附置换、提高煤层CH4扩散-渗流速度和压裂增透作用机理。通过分析注CO2和N2在置换煤层瓦斯机理方面的效果以及煤吸附两种气体后对煤体渗透率、突出危险性的影响，得出虽然注CO2置换煤层瓦斯的效果优于N2，但煤吸附CO2后会造成煤层膨胀变形，渗透率降低，突出危险性增大的现象，且CO2在瓦斯利用系统中会导致瓦斯失燃，抽采的瓦斯失去利用价值，因此，N...
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状简述
1.2.1 煤层瓦斯强化抽采技术研究现状
1.2.2 注气置换煤层瓦斯现场试验研究现状
1.2.3 注气置换煤层瓦斯数值模拟研究现状
1.2.4 注气置换煤层瓦斯技术机理研究现状
1.3 前期研究存在的问题
1.3.1 尚未进行注气合理参数的试验研究
1.3.2 高压注气封孔技术与装备研究不足
1.3.3 在区域消突方面的研究仍是空白
1.3.4 尚未形成完整的注气置换瓦斯机理研究体系
1.4 论文的提出及研究内容
1.5 技术路线
1.6 创新点
2 注气置换煤层瓦斯作用机理及气源优选分析
2.1 注气置换煤层瓦斯作用机理
2.1.1 注入气体的置换作用机理
2.1.2 注入气体降低 CH4分压的作用机理
2.1.3 注入气体的筛滤吸附置换作用机理
2.1.4 注气提高 CH4扩散-渗流速度的作用机理
2.1.5 注气压裂增透煤体作用机理
2.2 注气置换煤层瓦斯气源优选分析
2.2.1 注入不同气体置换 CH4的效果分析
2.2.2 吸附 CO2和 N2对煤体的影响
2.2.3 对瓦斯利用的影响
2.3 本章小结
3 注气置换煤层瓦斯时效特性数值模拟研究
3.1 COMSOL MULTIPHYSICS 软件介绍
3.1.1 COMSOL Multiphysics 的应用领域
3.1.2 COMSOL Multiphysics 的建模步骤
3.2 数学模型的建立
3.2.1 基本假设
3.2.2 注气置换煤层瓦斯的数学模型
3.2.3 定解条件
3.3 数值模型
3.4 数值模拟所需相关参数
3.5 煤层瓦斯含量和消突周期随时间变化规律
3.5.1 煤层瓦斯含量随注气时间的变化规律
3.5.2 煤层不同位置的消突周期随注气时间的变化规律
3.6 注气压力对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响
3.6.1 不同注气压力下煤层瓦斯含量的变化
3.6.2 不同注气压力下煤层相同位置消突周期的变化
3.6.3 注气压力对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响分析
3.7 抽采负压对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响
3.7.1 不同抽采负压下煤层瓦斯含量的变化
3.7.2 不同抽采负压下煤层相同位置消突周期的变化
3.7.3 抽采负压对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响分析
3.8 布孔方式对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响
3.8.1 不同布孔方式下煤层瓦斯含量的变化
3.8.2 不同布孔方式下煤层相同位置消突周期的变化
3.8.3 布孔方式对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响分析
3.9 注气置换煤层瓦斯效果与时间的定量关系研究
3.10 本章小结
4 井下顺层钻孔注气置换煤层瓦斯试验研究
4.1 试验矿井概况
4.1.1 地理位置
4.1.2 地质构造
4.1.3 煤层赋存及煤质特征
4.1.4 开拓方式
4.1.5 矿井瓦斯治理现状
4.2 顺层钻孔注气置换煤层瓦斯效果考察
4.2.1 注气工艺及参数选择
4.2.2 试验过程
4.2.3 数据处理及分析
4.3 现场考察效果与数值模拟结果的异同
4.3.1 现场测试与数值模拟结果对比
4.3.2 现场测试与数值模拟结果差异性分析
4.4 本章小结
5 结论和展望
5.1 主要结论
5.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
本文编号：3834790
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状简述
1.2.1 煤层瓦斯强化抽采技术研究现状
1.2.2 注气置换煤层瓦斯现场试验研究现状
1.2.3 注气置换煤层瓦斯数值模拟研究现状
1.2.4 注气置换煤层瓦斯技术机理研究现状
1.3 前期研究存在的问题
1.3.1 尚未进行注气合理参数的试验研究
1.3.2 高压注气封孔技术与装备研究不足
1.3.3 在区域消突方面的研究仍是空白
1.3.4 尚未形成完整的注气置换瓦斯机理研究体系
1.4 论文的提出及研究内容
1.5 技术路线
1.6 创新点
2 注气置换煤层瓦斯作用机理及气源优选分析
2.1 注气置换煤层瓦斯作用机理
2.1.1 注入气体的置换作用机理
2.1.2 注入气体降低 CH4分压的作用机理
2.1.3 注入气体的筛滤吸附置换作用机理
2.1.4 注气提高 CH4扩散-渗流速度的作用机理
2.1.5 注气压裂增透煤体作用机理
2.2 注气置换煤层瓦斯气源优选分析
2.2.1 注入不同气体置换 CH4的效果分析
2.2.2 吸附 CO2和 N2对煤体的影响
2.2.3 对瓦斯利用的影响
2.3 本章小结
3 注气置换煤层瓦斯时效特性数值模拟研究
3.1 COMSOL MULTIPHYSICS 软件介绍
3.1.1 COMSOL Multiphysics 的应用领域
3.1.2 COMSOL Multiphysics 的建模步骤
3.2 数学模型的建立
3.2.1 基本假设
3.2.2 注气置换煤层瓦斯的数学模型
3.2.3 定解条件
3.3 数值模型
3.4 数值模拟所需相关参数
3.5 煤层瓦斯含量和消突周期随时间变化规律
3.5.1 煤层瓦斯含量随注气时间的变化规律
3.5.2 煤层不同位置的消突周期随注气时间的变化规律
3.6 注气压力对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响
3.6.1 不同注气压力下煤层瓦斯含量的变化
3.6.2 不同注气压力下煤层相同位置消突周期的变化
3.6.3 注气压力对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响分析
3.7 抽采负压对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响
3.7.1 不同抽采负压下煤层瓦斯含量的变化
3.7.2 不同抽采负压下煤层相同位置消突周期的变化
3.7.3 抽采负压对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响分析
3.8 布孔方式对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响
3.8.1 不同布孔方式下煤层瓦斯含量的变化
3.8.2 不同布孔方式下煤层相同位置消突周期的变化
3.8.3 布孔方式对注气置换煤层瓦斯时效特性的影响分析
3.9 注气置换煤层瓦斯效果与时间的定量关系研究
3.10 本章小结
4 井下顺层钻孔注气置换煤层瓦斯试验研究
4.1 试验矿井概况
4.1.1 地理位置
4.1.2 地质构造
4.1.3 煤层赋存及煤质特征
4.1.4 开拓方式
4.1.5 矿井瓦斯治理现状
4.2 顺层钻孔注气置换煤层瓦斯效果考察
4.2.1 注气工艺及参数选择
4.2.2 试验过程
4.2.3 数据处理及分析
4.3 现场考察效果与数值模拟结果的异同
4.3.1 现场测试与数值模拟结果对比
4.3.2 现场测试与数值模拟结果差异性分析
4.4 本章小结
5 结论和展望
5.1 主要结论
5.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
本文编号：3834790
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