地面定向钻孔瓦斯抽采技术研究

发布时间：2017-05-22 15:21

  本文关键词：地面定向钻孔瓦斯抽采技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在更加注重大气污染治理的今天,又面对日趋紧张的不可再生能源消费形势,煤矿的安全形势也依然严峻,充分的抽采煤层瓦斯不失为一个解决问题的有效之策,既可以抽采大量瓦斯得以利用,又能降低煤层瓦斯压力或含量以解决开采过程中的瓦斯超限和煤与瓦斯突出问题。能够更大面积地降低煤层瓦斯压力的瓦斯抽采方法将会比传统的方法对煤矿安全开采起到更有效的作用,地面定向钻孔抽采瓦斯技术就是一个值得研究的瓦斯抽采方法。本文首先分析研究了瓦斯的赋存状态和瓦斯的解吸附特性等赋存规律,然后从煤层瓦斯压力、含量和渗透性能等瓦斯流动影响因素延伸到了煤层瓦斯渗流理论。把煤层视为一种理想的均匀分布的虚拟连续介质,在达西定律的基础上,认为瓦斯在钻孔周围的流场中的径向流动是线性渗流运动,根据瓦斯流动的几个相关方程建立了煤层瓦斯运移控制方程。阐述了地面定向钻孔关键环节的钻进技术,钻进过程中的造斜控制技术以及分支孔的侧钻施工工艺。在理论分析推导出的数学模型和钻孔几何模型的基础上,整个架构引入计算机技术,采用数值模拟软件对三种钻孔类型抽采方法进行抽采效果模拟。模拟结果表明,单孔顺层钻孔和没有进行压裂的垂直钻孔抽采范围都不及多分支水平孔的抽采范围。在对多分支水平孔的抽采效果模拟中,设置了抽采时间、抽采孔径和抽采负压等三种因素对比其多种工况下对抽采半径的影响。在煤层中分布的群孔的抽采能力内,抽采时间越长钻孔抽采影响半径越大,抽采时间与瓦斯抽采影响半径呈正相关关系。抽采孔径是与抽采影响范围呈正比例关系,在煤层与钻进设备允许的情况下,尽可能要采用大孔径钻孔抽采瓦斯。抽采负压有一个最合理的值,在这个值以下,抽采影响半径随抽采负压的增大而增大,尽最大可能发挥抽采设备的性能以最合理的抽采负压抽采瓦斯。
【关键词】：煤层原始瓦斯压力 定向钻孔 钻孔抽采瓦斯 数值模拟
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状综述12-14
• 1.2.1 瓦斯抽采基础理论研究现状12-13
• 1.2.2 地面钻孔抽采技术研究现状13-14
• 1.3 研究内容、研究方法和技术路线14-16
• 1.3.1 本文的研究内容14-15
• 1.3.2 研究方法15
• 1.3.3 技术路线15-16
• 第2章 煤层瓦斯赋存和流动基本理论16-34
• 2.1 煤层瓦斯赋存与吸附解吸性能16-21
• 2.1.1 煤层瓦斯赋存状态16-17
• 2.1.2 煤的孔隙特征17-18
• 2.1.3 瓦斯吸附解吸性能18-21
• 2.2 煤层瓦斯的主要参数21-24
• 2.2.1 煤层原始瓦斯压力21-22
• 2.2.2 煤层瓦斯含量22-23
• 2.2.3 煤体渗透性23-24
• 2.3 煤层瓦斯流动理论24-28
• 2.3.1 瓦斯在煤层中的流动24-26
• 2.3.2 瓦斯流场26-28
• 2.4 建立瓦斯流动方程28-33
• 2.4.1 基本假设28-29
• 2.4.2 瓦斯渗流数学模型29-31
• 2.4.3 数学模型的定解条件31-32
• 2.4.4 模型的简化32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 瓦斯抽采地面定向钻孔技术分析34-42
• 3.1 地面钻孔抽采瓦斯分类34-36
• 3.2 钻孔设计的一般原则36-37
• 3.3 定向水平钻孔工艺技术37-41
• 3.3.1 直孔段钻进工艺38-39
• 3.3.2 造斜及水平段钻孔工艺39-40
• 3.3.3 分支孔段钻进工艺40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 钻孔瓦斯抽采数值模拟研究42-63
• 4.1 计算流体力学软件介绍42-46
• 4.1.1 计算流体力学概述42-43
• 4.1.2 Fluent软件包组成43-44
• 4.1.3 Fluent工程应用范围和方法44-46
• 4.2 钻孔瓦斯抽采效果数值模拟46-61
• 4.2.1 评价瓦斯抽采效果重要参数的确定46-47
• 4.2.2 井下顺层钻孔抽采瓦斯数值模拟47-49
• 4.2.3 垂直钻孔抽采瓦斯数值模拟49-52
• 4.2.4 数值模拟模型的建立52-54
• 4.2.5 多分支水平钻孔抽采瓦斯数值模拟结果分析54-61
• 4.3 本章小结61-63
• 第5章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 作者简介69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：386095