钻孔预抽煤层瓦斯数值模拟及应用

发布时间：2017-04-24 05:08

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【摘要】： 瓦斯灾害事故是影响煤矿安全生产的主要因素之一,而预抽煤层瓦斯是解决该类事故的最根本、最有效的措施。本文根据流体在多孔介质中的质量守恒定律,以定向水平长钻孔周围煤体瓦斯流动场为研究对象,建立了钻孔预抽煤层瓦斯渗流模型,并分析了其数值求解方法。应用弹塑性力学及采动岩体力学,推导出钻孔周围煤体破坏范围数学方程,得到钻孔周围煤体卸压破坏范围半径。通过FLUENT数值模拟软件,分析了不同抽采时间、抽采负压、煤层渗透率、煤层瓦斯压力、钻孔直径等条件下的钻孔抽采半径和瓦斯抽采量,得到各因素对钻孔预抽煤层瓦斯的影响规律。 根据神华宁夏煤业集团公司白芨沟煤矿的实际条件,分析了该矿煤层瓦斯赋存规律,以及综采工作面瓦斯涌出规律,应用分源预测法得到工作面的瓦斯涌出量。基于分析煤层瓦斯钻孔合理预抽期主要影响因素,建立了合理预抽期模型,结合定向水平长钻孔布置原则,得到该工作面煤层瓦斯合理预抽期。通过现场实践分析,得到定向水平长钻孔抽采瓦斯效果及特点,证明其对于降低回采工作面的瓦斯涌出量,保证白芨沟煤矿安全生产具有重要意义,并表明FLUENT计算机模拟软件对矿区瓦斯抽采工艺参数的选取具有重要的理论参考价值。
【关键词】：钻孔预抽 煤层瓦斯 数值模拟 定向水平长钻孔
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 矿井瓦斯抽采现状研究分析10-14
• 1.2.1 矿井瓦斯抽采基础理论分析10-12
• 1.2.2 矿井瓦斯抽采研究12-14
• 1.2.3 目前矿井瓦斯抽采存在主要问题14
• 1.3 本文的研究内容、研究目标和技术路线14-16
• 1.3.1 主要研究内容14
• 1.3.2 研究目标14-15
• 1.3.3 技术路线15-16
• 2 钻孔预抽煤层瓦斯流动机理分析16-32
• 2.1 煤层瓦斯运移的基本规律16-19
• 2.1.1 瓦斯在多孔介质中的流动分析16
• 2.1.2 瓦斯在煤层中的运移16-18
• 2.1.3 瓦斯在煤层中的流动状态18-19
• 2.2 钻孔周围瓦斯流动方程建立19-25
• 2.2.1 基本假设19-20
• 2.2.2 瓦斯流动数学模型建立20-21
• 2.2.3 流动方程的定解条件21-22
• 2.2.4 瓦斯流动方程的解算22-25
• 2.3 钻孔周围煤体卸压破坏范围分析25-30
• 2.3.1 钻孔煤体破坏范围数学模型的建立25-28
• 2.3.2 钻孔周围应力分析28-30
• 2.3.3 塑性破坏区范围确定30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 钻孔预抽煤层瓦斯影响因素FLUENT 模拟分析32-43
• 3.1 FLUENT 软件介绍32-33
• 3.1.1 FLUENT 软件基本程序结构32
• 3.1.2 FLUENT 软件程序的能力32-33
• 3.1.3 FLUENT 求解问题的基本步骤33
• 3.2 钻孔预抽煤层瓦斯数值模型的建立33-35
• 3.2.1 模拟方案的提出33-34
• 3.2.2 模型的建立34-35
• 3.3 数值模拟结果分析35-42
• 3.3.1 抽采时间的影响35-36
• 3.3.2 抽采负压的影响36-38
• 3.3.3 煤层渗透率的影响38-39
• 3.3.4 煤层瓦斯压力的影响39-41
• 3.3.5 钻孔直径的影响41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 白芨沟煤矿瓦斯赋存及涌出规律分析43-62
• 4.1 白芨沟煤矿概况43-45
• 4.1.1 矿井地理位置43-44
• 4.1.2 白芨沟煤矿井型44
• 4.1.3 白芨沟煤矿煤层赋存44-45
• 4.1.4 白芨沟煤矿生产系统45
• 4.2 白芨沟煤矿瓦斯赋存规律研究45-50
• 4.2.1 煤层瓦斯赋存状态45-46
• 4.2.2 煤层瓦斯含量的影响因素分析46-48
• 4.2.3 矿井瓦斯涌出量特点48-49
• 4.2.4 煤层瓦斯赋存规律49-50
• 4.3 白芨沟煤矿瓦斯吸附特性实验分析50-55
• 4.3.1 瓦斯吸附实验设计原理50-51
• 4.3.2 瓦斯含量的测试结果51-55
• 4.3.3 测试结果分析55
• 4.4 白芨沟煤矿综采工作面瓦斯涌出量预测55-61
• 4.4.1 2521 综采工作面概况55-56
• 4.4.2 综采工作面瓦斯涌出规律分析56-59
• 4.4.3 分源法预测综采工作面瓦斯涌出量59-60
• 4.4.4 分源法预测瓦斯工程应用60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 5 定向水平长钻孔预抽煤层瓦斯现场应用62-72
• 5.1 定向水平长钻孔预抽煤层瓦斯合理预抽期的确定62-65
• 5.1.1 合理预抽期主要影响因素62-63
• 5.1.2 合理预抽期模型的建立63
• 5.1.3 定向水平长钻孔布置原则63-65
• 5.1.4 煤层瓦斯合理预抽期的确定65
• 5.2 定向水平长钻孔预抽煤层瓦斯工程实践及效果分析65-71
• 5.2.1 定向水平长钻孔瓦斯抽采技术方案65-67
• 5.2.2 定向水平长钻孔抽采瓦斯效果监测67-69
• 5.2.3 钻孔瓦斯流量与其相关参数的关系69-70
• 5.2.4 定向水平长钻孔抽采效果及特点分析70-71
• 5.3 本章小结71-72
• 6 结论72-74
• 6.1 论文主要结论72-73
• 6.2 论文后续展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 附录79

【参考文献】

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1 丁继辉,麻玉鹏,赵国景,陆文;有限变形下的煤与瓦斯突出的固流两相介质耦合失稳理论[J];河北农业大学学报;1998年01期

2 丁继辉,麻玉鹏,赵国景,陆文;煤与瓦斯突出的固─流耦合失稳理论及数值分析[J];工程力学;1999年04期

3 孙培德,鲜学福,钱耀敏;煤体有效应力规律的实验研究[J];矿业安全与环保;1999年02期

4 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

5 许江,鲜学福,杜云贵,张广洋;含瓦斯煤的力学特性的实验分析[J];重庆大学学报(自然科学版);1993年05期

6 梁冰，章梦涛，潘一山，，王来贵;煤和瓦斯突出的固流耦合失稳理论[J];煤炭学报;1995年05期

7 郝世俊;煤矿井下水平定向钻进技术的发展[J];煤田地质与勘探;2004年02期

8 孙培德;煤层瓦斯流动方程补正[J];煤田地质与勘探;1993年05期

9 李树刚,钱鸣高,石平五;煤样全应力应变过程中的渗透系数—应变方程[J];煤田地质与勘探;2001年01期

10 谭学术;袁静;;矿井煤层真实瓦斯渗流方程的研究[J];重庆建筑大学学报;1986年01期

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本文编号：323622