煤层钻孔瓦斯涌出特征模拟研究

发布时间：2018-11-18 20:51

【摘要】：钻孔瓦斯涌出特征是预测煤与瓦斯突出的重要指标,它取决于一系列矿山物理力学因素(煤层透气性、瓦斯压力、埋藏深度、构造、地应力等)和矿山生产技术因素(钻孔布置方式、钻孔直径、采掘影响等)的影响。在煤矿井下,由于地应力、煤层瓦斯压力不同,钻孔瓦斯涌出的规律与特点也不一样。因此,通过对不同瓦斯压力、地应力条件下钻孔瓦斯涌出特征的研究对指导煤矿安全生产具有重要意义。在对煤层瓦斯流动规律和钻孔受到的应力状态进行分析的基础上,运用数学模型、搭建实验室测定钻孔瓦斯涌出特征的实验装置并且模拟井下煤层力学性质。分析研究钻机钻进过程与成孔之后的瓦斯涌出规律。利用有限差分法建立数学模型,运用计算机编译程序对钻孔瓦斯涌出规律进行模拟;利用有效应力原理,在对钻孔的受力状态进行分析的基础上利用数值模型对钻屑量进行解算。在使用实验装置模拟井下打钻过程的基础上,研究钻进过程中、成孔之后的瓦斯涌出量的变化规律;研究不同的地应力、瓦斯压力条件下钻屑质量的变化规律。数学模型解算与实验结果表明:在钻机钻进的很短时间内,钻孔瓦斯涌出量急剧上升,随着钻机的钻进,增速慢慢放缓,钻孔瓦斯涌出量在钻机钻进到钻孔最深处时达到最大值。煤层瓦斯压力、地应力不同时,钻孔瓦斯涌出量涌出的峰值、衰减的时间也不同。钻孔瓦斯涌出量随瓦斯压力变化比较明显;瓦斯压力越大,钻孔涌出量越多,钻进前期钻孔瓦斯涌出量增幅也最大,在钻进停止后,钻孔瓦斯涌出量衰减时间也越长,并且在前期衰减幅度也越大。钻屑量随地应力、瓦斯压力的增加而增大,但是钻屑量受地应力影响较大。
[Abstract]:The characteristics of borehole gas emission is an important index to predict coal and gas outburst. It depends on a series of physical and mechanical factors (coal seam permeability, gas pressure, buried depth, structure, etc.) The influence of ground stress and technical factors of mine production (drilling arrangement, borehole diameter, mining influence, etc.). In coal mine, because of ground stress, gas pressure of coal seam is different, the rule and characteristic of gas emission from borehole are also different. Therefore, it is of great significance to study the characteristics of borehole gas emission under different gas pressure and ground stress conditions for guiding coal mine safety production. Based on the analysis of coal seam gas flow law and the stress state of borehole, a laboratory experimental device for determining the gas emission characteristics of borehole is built by using mathematical model and the mechanical properties of underground coal seam are simulated. The drilling process of drilling rig and the law of gas emission after drilling hole are analyzed and studied. The mathematical model is established by finite difference method, and the law of borehole gas emission is simulated by computer compiler. On the basis of the analysis of the stress state of the borehole, the effective stress principle is used to calculate the amount of cuttings by using the numerical model. On the basis of simulating the drilling process in the downhole with the experimental device, the variation law of gas emission during drilling and after drilling is studied, and the variation law of drilling cuttings quality under different ground stress and gas pressure is studied. The results of mathematical model calculation and experiment show that the gas emission from borehole increases sharply in a very short period of time, and with the drilling of drilling rig, the growth rate slows down slowly. The gas emission from borehole reaches the maximum when drilling machine reaches the deepest hole. The peak value and attenuation time of gas emission from borehole are different with different gas pressure and in-situ stress in coal seam. The gas emission from borehole varies obviously with gas pressure. The greater the gas pressure, the more the quantity of borehole gas emission, and the biggest increase in the amount of borehole gas emission in the early drilling period, after drilling stopped, the longer the attenuation time of borehole gas emission is, and the larger the attenuation range is in the early stage. The amount of cuttings increases with the increase of gas pressure, but the amount of cuttings is greatly affected by in-situ stress.
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.5

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本文编号：2341185