二氧化碳相变致裂控制孔参数优化的数值模拟及应用

发布时间：2021-10-11 18:46

　　二氧化碳相变致裂技术作为一种新型煤层卸压增透技术,适用范围广、致裂效果好。本文主要采用理论分析和数值模拟相结合的方法,系统地研究控制孔在二氧化碳相变致裂中的作用机理。主要研究内容和结论如下:（1）分析二氧化碳相变致裂技术的基本原理,将二氧化碳相变致裂过程划分为高压气体作用阶段与应力波作用阶段。计算二氧化碳相变致裂的TNT当量,分析二氧化碳相变致裂中压力与时间的关系。研究了控制孔在相变致裂过程中应力波作用阶段的力学效应,分析了含控制孔相变致裂粉碎区和裂隙区的影响范围。（2）构建二氧化碳相变致裂煤体固气耦合数学模型,在有效应力方程中引入控制孔参数,用含控制孔煤岩体变形场方程、单元损伤方程和透气性方程表示煤体损伤演化的数学模型。结合煤层中气体运移方程、质量守恒和能量守恒方程,构建了含控制孔有效应力的二氧化碳致裂煤体固气耦合数学模型。（3）对二氧化碳相变致裂过程进行了 COMSOL数值模拟,模拟相同致裂压力对不同力学性质煤岩体的影响及不同致裂压力对同一煤体的影响;模拟控制孔不同位置对致裂效果的影响,及不同控制孔孔径对裂纹的影响规律。结果表明:设置控制孔比不设置控制孔裂隙区的半径增大了 1 0.... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 煤层增透技术研究现状
        1.2.2 高压气体爆破数值模拟研究现状
        1.2.3 控制爆破孔研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 技术路线
2 含控制孔二氧化碳相变致裂作用机理分析
    2.1 二氧化碳相变致裂技术
    2.2 二氧化碳相变致裂过程力学分析
        2.2.1 二氧化碳相变致裂过程
        2.2.2 二氧化碳相变致裂当量估算
        2.2.3 二氧化碳相变致裂压力变化
    2.3 二氧化碳相变致裂控制孔作用机理
        2.3.1 控制孔对应力波的影响
        2.3.2 控制孔的力学效应
        2.3.3 致裂影响范围分析
        2.3.4 控制孔对致裂范围的影响
    2.4 本章小结
3 二氧化碳相变致裂煤体固气耦合数学模型的构建
    3.1 含控制孔煤体损伤演化数学模型
    3.2 气体渗流应力演化数学模型
        3.2.1 气体运移方程
        3.2.2 质量守恒方程
        3.2.3 能量守恒方程
    3.3 本章小结
4 二氧化碳相变致裂过程中控制孔参数优化的数值模拟分析
    4.1 煤岩体力学性质分析测试
        4.1.1 测试内容与目的
        4.1.2 测试方法及设备
        4.1.3 测试结果
    4.2 二氧化碳相变致裂几何模型的建立
    4.3 二氧化碳相变致裂模拟结果
        4.3.1 不同力学性质煤岩受致裂的影响
        4.3.2 设置控制孔对致裂的影响
        4.3.3 不同致裂压力对致裂的影响
        4.3.4 控制孔间距对致裂的影响
        4.3.5 煤体的裂纹扩展情况分析
    4.4 本章小结
5 含控制孔的二氧化碳相变致裂技术应用
    5.1 矿井概况
    5.2 二氧化碳相变致裂工艺流程
    5.3 试验内容以及影响因素分析
        5.3.1 二氧化碳相变致裂器送入取出条件试验
        5.3.2 二氧化碳相变致裂影响因素分析
    5.4 现场试验
        5.4.1 二氧化碳相变致裂钻孔布置方案
        5.4.2 二氧化碳相变致裂效果考察
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]爆破方法对岩石爆破块度分布影响的试验研究[J]. 岳志坤,李瑞泽,李福千,陈明,尹岳降,聂攀,秦健飞.  爆破. 2019(03)
[2]新景矿80124综采工作面二氧化碳预裂爆破技术探析[J]. 毕铁.  煤矿现代化. 2019(06)
[3]基于液态CO2相变致裂增透技术的煤层瓦斯治理[J]. 蕫玉清,雷云.  能源技术与管理. 2019(03)
[4]注二氧化碳驱替煤中甲烷实验研究[J]. 马砺,邢园园,魏高明.  煤矿安全. 2018(12)
[5]高埋深储层泥岩弹塑性力学特征试验研究[J]. 张玉,胡良强,俞缙,王璐,于婷婷.  地下空间与工程学报. 2018(S2)
[6]低渗透高瓦斯煤层液态二氧化碳相变致裂增透数值模拟研究[J]. 王崇勋.  中国煤层气. 2018(05)
[7]液态二氧化碳预裂爆破挖方路基施工技术[J]. 王晓健.  建材与装饰. 2018(23)
[8]煤层注空气置换-驱替甲烷作用研究[J]. 邢述团,杨宏民,陈立伟.  煤矿安全. 2018(03)
[9]2006-2015年我国煤矿瓦斯事故统计分析[J]. 徐枫,张特曼,赵明明.  内蒙古煤炭经济. 2018(05)
[10]煤层深孔聚能爆破控制孔作用机制研究[J]. 郭德勇,赵杰超,张超,朱同功.  岩石力学与工程学报. 2018(04)

博士论文
[1]深部开采低渗透煤层预裂控制爆破增透机理研究[D]. 王海东.中国地震局工程力学研究所 2012
[2]高能气体压裂过程动力学模型与工艺技术优化决策研究[D]. 吴飞鹏.中国石油大学 2009

硕士论文
[1]注二氧化碳驱替甲烷实验及数值模拟分析[D]. 王永康.中国矿业大学 2016
[2]液态二氧化碳相变致裂增透机理研究[D]. 韩亚北.河南理工大学 2014
[3]低透气性煤层深孔预裂爆破增透抽采瓦斯技术研究[D]. 丁洋.西安科技大学 2013
[4]深孔爆破松动半径试验研究[D]. 倪小军.安徽理工大学 2009



本文编号：3431058