基于吸附效应的顺层钻孔抽采瓦斯渗流规律数值模拟

发布时间：2017-11-01 16:08

  本文关键词：基于吸附效应的顺层钻孔抽采瓦斯渗流规律数值模拟

  更多相关文章： 瓦斯预抽 吸附效应 渗透率 抽采半径 固-气耦合

【摘要】：随着我国煤矿开采逐年向深部沿伸,在构造挤压和剪切应力的作用下部分煤层呈现出煤质松软、渗透性差、瓦斯压力大的特点,导致瓦斯治理难度也相应增大。在现有的技术条件下,瓦斯抽采是解决煤矿治理问题的一项根本性措施。本文主要是针对预抽煤层瓦斯渗流特性,通过理论推导、数值模拟、现场应用等手段综合分析了基于吸附效应下瓦斯压力、渗透率等的变化规律,确定了煤层瓦斯预抽钻孔合理间距,并进行了工程现场验证:(1)通过煤层瓦斯渗流方程、煤层变形方程及Langmuir单分子层吸附方程,结合含瓦斯煤岩体渗透率动态方程,构造考虑瓦斯吸附效应的瓦斯抽采固-气耦合数值模型,并导入COMSOL Mutiphysics模拟软件进行计算;(2)针对数值模拟的结果,对不考虑吸附效应与不同吸附常数(VL、PL)下瓦斯压力、渗流速度,渗透率的变化规律进行综合分析,对瓦斯抽采进行了区域划分,研究在体积吸附常数和压力吸附常数影响下抽采三个时间段的渗流规律。结合压力分布的时空规律计算不同时间、不同吸附常数(VL、PL)下预抽钻孔的有效抽采半径;(3)根据模拟结果确定基于吸附效应下实验工作面瓦斯预抽钻孔间距,并针对工作面瓦斯涌出规律、回采情况进行现场的效果检验,并通过现场验证分析瓦斯抽采治理效果。论文研究可为本煤层预抽钻孔的布置提供依据,对于提高煤层瓦斯抽采率、降低瓦斯浓度与瓦斯超限机率,保证矿井安全生产具有重要意义。
【关键词】：瓦斯预抽 吸附效应 渗透率 抽采半径 固-气耦合
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 研究意义9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 煤层瓦斯渗流与预抽采技术的研究现状9-10
• 1.2.2 瓦斯吸附-解吸机理研究10-12
• 1.2.3 耦合作用下渗流规律的研究现状12-14
• 1.3 主要研究内容及目标14-15
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 研究目标15
• 1.4 研究方案及技术路线15-17
• 1.4.1 研究思路15-16
• 1.4.2 技术路线图16-17
• 2 吸附效应下的瓦斯抽采固-气耦合数学模型17-28
• 2.1 固-气耦合作用下预抽瓦斯流动过程17-19
• 2.2 模型的构建19-24
• 2.2.1 基本假设19
• 2.2.2 主要控制方程19-23
• 2.2.3 定解条件23-24
• 2.3 数值计算原理以及离散24-27
• 2.3.1 有限单元法基本方程24-25
• 2.3.2 微分方程的离散25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 无吸附效应的预抽煤层瓦斯渗流特性数值模拟28-38
• 3.1 多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics选择28-29
• 3.1.1 COMSOL Multiphysics简介28
• 3.1.2 COMSOL Multiphysics功能28-29
• 3.2 模型的建立29-30
• 3.2.1 实验背景29
• 3.2.2 几何模型与网格划分29-30
• 3.2.3 模型计算参数30
• 3.2.4 定解条件30
• 3.3 数值模拟结果分析30-35
• 3.3.1 瓦斯压力的变化规律30-31
• 3.3.2 渗透率动态变化规律31-33
• 3.3.3 渗流速度的变化规律33-35
• 3.4 抽采半径的计算35-36
• 3.5 本章小结36-38
• 4 不同吸附常数下预抽煤层瓦斯渗流特性影响数值模拟38-47
• 4.1 数值模型及模拟方案38-39
• 4.2 不同吸附常数下模拟结果分析39-43
• 4.2.1 不同吸附常数对渗透率的影响39-42
• 4.2.2 不同吸附常数对瓦斯压力时空分布的影响42-43
• 4.3 不同吸附常数下预抽钻孔有效半径的计算43-45
• 4.4 本章小结45-47
• 5 工程现场应用47-57
• 5.1 应用矿井试验区概况47-48
• 5.1.1 矿井实验区基本概况47-48
• 5.1.2 实验工作面概况48
• 5.2 应用矿井顺层钻孔孔间距布置方案48-50
• 5.2.1 钻孔抽采半径的确定48-49
• 5.2.2 钻孔合理封孔深度的确定49-50
• 5.2.3 顺层钻孔其他参数50
• 5.3 工作面瓦斯涌出规律50-53
• 5.3.1 煤壁瓦斯涌出规律50-52
• 5.3.2 落煤瓦斯涌出量规律52-53
• 5.4 吸附效应的设计方案的抽采效果53-56
• 5.4.1 钻孔预抽煤层瓦斯效果53-55
• 5.4.2 工作面瓦斯瓦斯防治效果55-56
• 5.5 本章小结56-57
• 6 结论与展望57-59
• 6.1 主要结论57
• 6.2 展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-66
• 附录66

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本文编号：1127527