块状煤体渗透特性实验研究及工程应用

发布时间：2017-05-21 21:23

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【摘要】：煤层渗透性是瓦斯流动理论的一项重要研究内容,含瓦斯煤的渗透率是反映瓦斯气在煤层中渗流难易程度的重要指标,是标志着煤层瓦斯抽采抽放难易程度的关键参数,也是煤层瓦斯多场耦合的重要物性参数。国内外学者在吸收和发展多种学科理论的基础上,通过大量的理论分析和实验验证,在对瓦斯气体在煤层中的流动理论研究上取得了众多的宝贵成果。本硕士论文在总结和分析前人理论和实验成果的基础上,采取义安矿11061工作面的软煤煤样,创新地采用酚醛树脂包裹原煤的方法来研究其透气特性。通过搭建单轴块状煤体渗透性实验平台,进行块状煤体渗透特性的固气耦合实验研究,旨在探索耦合作用下瓦斯气体的流动和煤岩体的固气耦合特性,为煤与瓦斯突出机理和煤层瓦斯抽放方法提供理论依据。在理论方面分析并优化了义安矿11061工作面瓦斯抽放方法,采用fluent软件进行了数值模拟,验证了理论分析取得的参数,本文的主要工作如下:1)针对原煤易破碎且不易加工成符合规格要求的试件,不利于进行相关实验,利用酚醛聚酯树脂常温下力学性能稳定且凝固后酚醛聚酯树脂透明度较高的特性,本实验采用酚醛聚酯树脂进行包裹煤样,利用氮气作为介质,搭建实验平台,进行煤层渗透性的应力—透气耦合实验。2)采用垂直煤样节理面加载应力的方式,测得不同应力大小及进气压力条件下煤样透气量。通过计算分析可得:试验中煤样的渗透率随着垂直煤体裂隙节理面的轴压增大而减小;随着气体压力增加而减小,并且渗透率减小速度减缓。3)基于酚醛聚酯树脂包裹原煤的方法明显改进了原有实验室测量煤层透气性系数方法中存在的缺陷处,根据此方法在实验室测得的煤层透气性系数比现场实际测量的结果仅高出54%,就原有实验室方法测得的结果来比较,数值准确率明显得到提高。4)实验采用的原煤取样点煤矿属于高瓦斯矿井,本文采用理论分析计算与数值模拟相结合的方法,对11061综采工作面瓦斯抽放参数进行了优化。通过对瓦斯抽放钻孔间距、抽放时间及抽放孔深度等参数的理论计算分析和数值模拟,得到了瓦斯抽放的优化参数。瓦斯抽放参数的优化,明显提高了瓦斯抽放效率,回风巷中瓦斯浓度有了明显地降低,工作面断电次数减少,确保了工作面安全、高效地进行生产。为义安煤矿的综合瓦斯抽放提供一个科学的、量化的参考依据。
【关键词】：瓦斯 渗透率 固气耦合 煤层透气性系数 瓦斯抽放
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 瓦斯流动理论研究现状14-18
• 1.2.1 线性瓦斯流动理论14-15
• 1.2.2 非线性瓦斯流动理论15-16
• 1.2.3 线性瓦斯扩散理论16
• 1.2.4 瓦斯渗透扩散理论16
• 1.2.5 地物场效应的煤层瓦斯流动理论16-17
• 1.2.6 多煤层系统瓦斯越流理论17-18
• 1.3 煤体渗透试验研究18
• 1.4 瓦斯抽放发展及现状18-19
• 1.4.1 国外瓦斯抽放现状18
• 1.4.2 我国瓦斯抽放现状18-19
• 1.5 存在的问题19-20
• 1.6 研究工作20-23
• 1.6.1 研究内容20-21
• 1.6.2 研究技术路线21-22
• 1.6.3 研究特色22-23
• 第二章 原煤试件制备23-39
• 2.1 取样矿井概况23-24
• 2.2 取样煤层基本情况24
• 2.3 取样工作面情况24-27
• 2.3.1 取样工作面概况24-25
• 2.3.2 取样工作面瓦斯地质概况25-26
• 2.3.3 生产系统26-27
• 2.4 矿井瓦斯突出情况27-28
• 2.5 原煤试件设计28-34
• 2.5.1 包裹材料的选择28-30
• 2.5.2 浇注原料成分配比研究30-34
• 2.6 试件制备过程34-37
• 2.6.1 原煤取样及加工34-35
• 2.6.2 试件制备方法35-37
• 2.6.3 原煤透明包裹体37
• 2.7 本章小结37-39
• 第三章 渗透率的测定实验39-49
• 3.1 渗透率的定义及测定方法39-40
• 3.2 实验设计及实验步骤40-44
• 3.2.1 实验平台的搭建40-41
• 3.2.2 主要实验设备41-42
• 3.2.3 实验方案42-44
• 3.3 实验结果统计44-48
• 3.3.1 实验结果44
• 3.3.2 轴压对煤体渗透率的影响和分析44-46
• 3.3.3 进气气体压力对煤体渗透率的影响和分析46-47
• 3.3.4 原煤体积对渗透率的影响和分析47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 工程应用49-64
• 4.1 实验室煤层透气性系数的测定49-52
• 4.2 煤层瓦斯基本参数52-53
• 4.3 工作面瓦斯来源分析53-54
• 4.4 矿井瓦斯涌出来源及构成分析54-56
• 4.4.1 开采层瓦斯涌出量预测54-55
• 4.4.2 临近层瓦斯涌出量预测55-56
• 4.4.3 采空区瓦斯涌出量预测56
• 4.5 工作面瓦斯抽放方法的确定56-57
• 4.6 工作面瓦斯抽放参数设计57-62
• 4.6.1 钻孔间距确定57-59
• 4.6.2 钻孔深度确定59-60
• 4.6.3 合理抽放时间确定60-61
• 4.6.4 钻孔直径确定61-62
• 4.6.5 抽放负压确定62
• 4.6.6 优化设计参数与原参数统计62
• 4.7 本章小结62-64
• 第五章 瓦斯抽放数值模拟分析64-73
• 5.1 FLUENT软件介绍64-66
• 5.2 建模模拟及分析66-71
• 5.2.1 Gambit建模66-68
• 5.2.2 FLUENT模拟68-71
• 5.3 优化前后效果对比71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-74
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与科研项目79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 余楚新,鲜学福,谭学术;煤层瓦斯流动理论及渗流控制方程的研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1989年05期

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本文编号：384903