煤体瓦斯运移多场耦合分析及应用
发布时间：2020-12-05 23:11
瓦斯灾害严重威胁矿井安全高效生产,同时瓦斯气体又是一种高热值的清洁能源。煤层瓦斯运移多场耦合研究是防治瓦斯动力灾害和进行瓦斯抽采利用的基础,含瓦斯煤体渗透率是瓦斯运移多场耦合的重要物性参数,更反映了瓦斯在煤层渗流的难易程度。本文利用瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室的三轴瓦斯渗流实验系统,以原煤为研究对象,对含瓦斯煤体在不同应力和瓦斯压力条件下的渗流特性进行实验研究;建立了考虑吸附作用和渗透率动态变化的瓦斯运移多场耦合模型,借助COMSOL数值软件把建立的模型应用到瓦斯抽采有效半径考察工程实际中并进行数值模拟分析,同时设计正交试验分析瓦斯抽采有效半径的影响因素。本文主要取得了以下结论:(1)在不同孔隙瓦斯压力影响下,含瓦斯煤体渗透率变化趋势具有明显的阶段性,随着瓦斯压力的增加渗透率先减小又呈现逐渐增加趋势。(2)含瓦斯煤体渗透率随着围压的增大而逐渐减小,并且降低的趋势随着围压的增大越趋平缓,围压与含瓦斯煤体渗透率成负指数函数关系。(3)瓦斯压力、围压和轴压对含瓦斯煤体渗流特性的影响程度不同,渗透率的变化受煤样加载变形的各个应力应变阶段孔隙率演化的控制。(4)在瓦斯抽采过程中,煤层瓦斯压力会随...
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 煤层瓦斯运移理论研究现状
1.2.2 含瓦斯煤体渗流实验研究现状
1.3 主要研究工作
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究技术路线
1.3.3 研究特色
2 含瓦斯煤体孔隙率与渗透率动态模型
2.1 煤体孔隙结构特征
2.1.1 煤体的孔隙特性
2.1.2 煤体瓦斯的吸附和解析特性
2.2 煤体渗流特性
2.3 煤体孔隙率和渗透率动态演化模型的建立
2.3.1 孔隙率动态模型
2.3.2 渗透率模型建立
2.4 本章小结
3 含瓦斯煤体渗流规律实验研究
3.1 实验系统组成及实验准备
3.1.1 实验系统组成
3.1.2 实验系统的主要技术参数及特点
3.1.3 煤样的制备
3.2 实验内容
3.2.1 实验原理
3.2.2 实验方案和步骤
3.3 实验结果分析
3.3.1 瓦斯压力对煤体渗透率的影响分析
3.3.2 围压对含瓦斯煤体渗透率的影响分析
3.3.3 轴向应力加载过程对含瓦斯煤体渗透率的影响分析
3.4 本章小结
4 考虑吸附作用煤体瓦斯运移多场耦合模型的建立
4.1 基本假设
4.2 含瓦斯煤体渗流场控制方程
4.3 有效应力原理
4.4 含瓦斯煤体变形场控制方程
4.5 含瓦斯煤体瓦斯运移多场耦合模型
4.6 定解条件
4.6.1 边界条件
4.6.2 初始条件
4.7 本章小结
5 煤体瓦斯运移多场耦合耦合模型应用研究
5.1 多物理场耦合软件COMSOL-Multiphysics介绍
5.1.1 软件的功能模块组成
5.1.2 COMSOL-Multiphysics建模过程
5.2 工程背景
5.3 钻孔瓦斯抽采多场耦合模型数值模拟应用研究
5.3.1 物理几何模型构建及物理力学参数选取
5.3.2 模拟结果分析
5.3.3 钻孔瓦斯抽采有效半径数值模拟考察
5.3.4 瓦斯抽采有效半径影响因素综合作用分析
5.4 瓦斯抽采有效半径现场考察
5.4.1 钻孔的设计与施工
5.4.2 测定的结果与分析
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 本文主要研究结论
6.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于水分影响的加-卸载围压条件下含瓦斯煤渗流特性研究[J]. 魏建平,秦恒洁,王登科. 采矿与安全工程学报. 2014(06)
[2]加卸载条件下原煤渗透率与有效应力的规律[J]. 尹光志,李文璞,李铭辉,李星,邓博知,蒋长宝. 煤炭学报. 2014(08)
[3]含水率对含瓦斯煤的渗流特性影响试验研究[J]. 魏建平,位乐,王登科. 煤炭学报. 2014(01)
[4]基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟[J]. 尹光志,李铭辉,李生舟,李文璞,姚俊伟,张千贵. 煤炭学报. 2013(04)
[5]数值模拟结合SF6示踪法确定煤层钻孔瓦斯抽采有效半径[J]. 郝天轩,宋超. 中国安全科学学报. 2013(01)
[6]瓦斯压力对卸荷原煤力学及渗透特性的影响[J]. 尹光志,李铭辉,李文璞,蒋长宝,曹偈,张千贵. 煤炭学报. 2012(09)
[7]基于COMOSOL的顺层钻孔有效抽采半径的数值模拟[J]. 王兆丰,李炎涛,夏会辉,谭蓉晖. 煤矿安全. 2012(10)
[8]钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟[J]. 司鹄,郭涛,李晓红. 重庆大学学报. 2011(11)
[9]煤层气储层含水率对煤层气渗流影响的试验研究[J]. 尹光志,蒋长宝,许江,彭守建,李文璞. 岩石力学与工程学报. 2011(S2)
[10]突出煤和非突出煤全应力-应变瓦斯渗流试验研究[J]. 尹光志,蒋长宝,李晓泉,王维忠,蔡波. 岩土力学. 2011(06)
博士论文
[1]受载含瓦斯煤渗流特性及其应用研究[D]. 李波.中国矿业大学（北京） 2013
[2]基于多物理场耦合的瓦斯抽采参数优化研究[D]. 郝富昌.中国矿业大学(北京) 2012
[3]含瓦斯煤THM耦合模型及煤与瓦斯突出模拟研究[D]. 陶云奇.重庆大学 2009
[4]煤层气与煤层耦合运动理论及其应用的研究[D]. 吴世跃.东北大学 2006
本文编号：2900259
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 煤层瓦斯运移理论研究现状
1.2.2 含瓦斯煤体渗流实验研究现状
1.3 主要研究工作
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究技术路线
1.3.3 研究特色
2 含瓦斯煤体孔隙率与渗透率动态模型
2.1 煤体孔隙结构特征
2.1.1 煤体的孔隙特性
2.1.2 煤体瓦斯的吸附和解析特性
2.2 煤体渗流特性
2.3 煤体孔隙率和渗透率动态演化模型的建立
2.3.1 孔隙率动态模型
2.3.2 渗透率模型建立
2.4 本章小结
3 含瓦斯煤体渗流规律实验研究
3.1 实验系统组成及实验准备
3.1.1 实验系统组成
3.1.2 实验系统的主要技术参数及特点
3.1.3 煤样的制备
3.2 实验内容
3.2.1 实验原理
3.2.2 实验方案和步骤
3.3 实验结果分析
3.3.1 瓦斯压力对煤体渗透率的影响分析
3.3.2 围压对含瓦斯煤体渗透率的影响分析
3.3.3 轴向应力加载过程对含瓦斯煤体渗透率的影响分析
3.4 本章小结
4 考虑吸附作用煤体瓦斯运移多场耦合模型的建立
4.1 基本假设
4.2 含瓦斯煤体渗流场控制方程
4.3 有效应力原理
4.4 含瓦斯煤体变形场控制方程
4.5 含瓦斯煤体瓦斯运移多场耦合模型
4.6 定解条件
4.6.1 边界条件
4.6.2 初始条件
4.7 本章小结
5 煤体瓦斯运移多场耦合耦合模型应用研究
5.1 多物理场耦合软件COMSOL-Multiphysics介绍
5.1.1 软件的功能模块组成
5.1.2 COMSOL-Multiphysics建模过程
5.2 工程背景
5.3 钻孔瓦斯抽采多场耦合模型数值模拟应用研究
5.3.1 物理几何模型构建及物理力学参数选取
5.3.2 模拟结果分析
5.3.3 钻孔瓦斯抽采有效半径数值模拟考察
5.3.4 瓦斯抽采有效半径影响因素综合作用分析
5.4 瓦斯抽采有效半径现场考察
5.4.1 钻孔的设计与施工
5.4.2 测定的结果与分析
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 本文主要研究结论
6.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于水分影响的加-卸载围压条件下含瓦斯煤渗流特性研究[J]. 魏建平,秦恒洁,王登科. 采矿与安全工程学报. 2014(06)
[2]加卸载条件下原煤渗透率与有效应力的规律[J]. 尹光志,李文璞,李铭辉,李星,邓博知,蒋长宝. 煤炭学报. 2014(08)
[3]含水率对含瓦斯煤的渗流特性影响试验研究[J]. 魏建平,位乐,王登科. 煤炭学报. 2014(01)
[4]基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟[J]. 尹光志,李铭辉,李生舟,李文璞,姚俊伟,张千贵. 煤炭学报. 2013(04)
[5]数值模拟结合SF6示踪法确定煤层钻孔瓦斯抽采有效半径[J]. 郝天轩,宋超. 中国安全科学学报. 2013(01)
[6]瓦斯压力对卸荷原煤力学及渗透特性的影响[J]. 尹光志,李铭辉,李文璞,蒋长宝,曹偈,张千贵. 煤炭学报. 2012(09)
[7]基于COMOSOL的顺层钻孔有效抽采半径的数值模拟[J]. 王兆丰,李炎涛,夏会辉,谭蓉晖. 煤矿安全. 2012(10)
[8]钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟[J]. 司鹄,郭涛,李晓红. 重庆大学学报. 2011(11)
[9]煤层气储层含水率对煤层气渗流影响的试验研究[J]. 尹光志,蒋长宝,许江,彭守建,李文璞. 岩石力学与工程学报. 2011(S2)
[10]突出煤和非突出煤全应力-应变瓦斯渗流试验研究[J]. 尹光志,蒋长宝,李晓泉,王维忠,蔡波. 岩土力学. 2011(06)
博士论文
[1]受载含瓦斯煤渗流特性及其应用研究[D]. 李波.中国矿业大学（北京） 2013
[2]基于多物理场耦合的瓦斯抽采参数优化研究[D]. 郝富昌.中国矿业大学(北京) 2012
[3]含瓦斯煤THM耦合模型及煤与瓦斯突出模拟研究[D]. 陶云奇.重庆大学 2009
[4]煤层气与煤层耦合运动理论及其应用的研究[D]. 吴世跃.东北大学 2006
本文编号：2900259
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