钻孔瓦斯抽采有效半径的数值模拟研究

发布时间：2017-05-28 03:00

  本文关键词：钻孔瓦斯抽采有效半径的数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：瓦斯事故是煤矿生产过程中最为严重的灾害之一,瓦斯抽采能够有效防止瓦斯事故的发生。研究煤层瓦斯抽采过程中瓦斯运移规律、有效抽采半径的变化规律以及钻孔之间的相互影响效果,可为瓦斯抽采系统的布置提供依据,对治理煤层瓦斯具有重要意义。从理论分析入手,认为吸附瓦斯在煤体基质中做扩散运动和游离瓦斯在煤体裂隙中做渗流运动。以此为基础建立了考虑煤层变形、瓦斯渗流扩散及吸附瓦斯解吸过程的瓦斯抽采数学控制方程。利用COMSOL软件对单一钻孔抽采过程中瓦斯的运移规律以及有效抽采半径受抽采时间、钻孔孔径、抽采负压及煤层初始渗透率影响的变化规律进行了研究。结果表明:对于煤层中任意一点而言,随着其与钻孔距离的增加,渗流速度达到最大值所需时间增加,且渗流速度最大值减小;而钻孔附近位置在抽采初期渗流速度已达到最大值;钻孔抽采瓦斯有效半径与抽采时间、钻孔孔径及煤层初始渗透率之间的关系均符合幂指数函数关系;而抽采负压对有效抽采半径几乎没有影响。建立两个钻孔共同抽采煤层瓦斯几何模型,固定其中一个钻孔位置不变,通过不断变换另一钻孔位置,对抽采钻孔之间的相互影响效果进行了研究,得出:经过相同的抽采时间,孔距越小,钻孔抽采控制范围内的瓦斯压力值越低,瓦斯压力下降速度越快;钻孔相互影响将会对抽采达标时间产生很大的影响,孔距越小,抽采达标所需的时间越短,且减小的幅度越大;钻孔瓦斯流量刚开始最大,随着抽采时间的延长不断降低并慢慢趋于稳定;两个钻孔共同抽采时,单个钻孔的瓦斯流量相对于单钻孔抽采而言减小了,且孔距越小,瓦斯流量越小。
【关键词】：瓦斯运移 顺层钻孔抽采 数值模拟 相互影响 固气耦合
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-19
• 1.2.1 瓦斯抽采技术研究现状12-14
• 1.2.2 瓦斯渗流及运移研究现状14-16
• 1.2.3 瓦斯抽采有效半径研究现状16-18
• 1.2.4 存在的问题18-19
• 1.3 研究内容19
• 1.4 技术路线19-21
• 2 煤储层及瓦斯运移特性21-35
• 2.1 煤储层特性21-25
• 2.1.1 煤体的孔裂隙结构21-24
• 2.1.2 煤体的渗透性能24-25
• 2.2 煤层瓦斯的赋存25-30
• 2.2.1 瓦斯的赋存状态25-27
• 2.2.2 煤层瓦斯含量27-28
• 2.2.3 煤层瓦斯含量的影响因素28-30
• 2.3 煤层瓦斯运移规律30-32
• 2.3.1 扩散规律30-31
• 2.3.2 达西定律31
• 2.3.3 瓦斯运移的基本参数31-32
• 2.4 煤层双重孔隙介质结构32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 3 煤层瓦斯运移固气耦合数学模型的建立35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 基本假设35-36
• 3.3 煤岩体变形控制方程36-40
• 3.3.1 有效应力原理36-37
• 3.3.2 平衡微分方程37-38
• 3.3.3 本构方程38-39
• 3.3.4 几何方程39
• 3.3.5 煤岩体变形控制方程39-40
• 3.4 煤层瓦斯运移控制方程40-45
• 3.4.1 裂隙系统连续性微分方程40-42
• 3.4.2 微孔隙系统连续性微分方程42-43
• 3.4.3 含瓦斯煤岩固气耦合控制方程43-45
• 3.5 本章小结45-47
• 4 钻孔有效抽采半径变化规律模拟研究47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 COMSOL Multiphysics软件的基本介绍47-48
• 4.3 单钻孔抽采煤层瓦斯解算过程的实现48-51
• 4.4 单钻孔抽采煤层瓦斯运移规律研究51-54
• 4.5 钻孔有效抽采半径的变化规律研究54-58
• 4.5.1 有效抽采半径随抽采时间的变化54-55
• 4.5.2 有效抽采半径随钻孔孔径的变化55-56
• 4.5.3 有效抽采半径随抽采负压的变化56-57
• 4.5.4 有效抽采半径随煤层初始渗透率的变化57-58
• 4.6 本章小结58-61
• 5 顺层钻孔抽采影响范围叠加效果模拟研究61-71
• 5.1 引言61
• 5.2 顺层双钻孔抽采煤层瓦斯结算过程的实现61-63
• 5.3 抽采钻孔影响范围叠加效果模拟结果及分析63-69
• 5.3.1 对煤层瓦斯压力分布的影响63-66
• 5.3.2 对抽采达标时间的影响66-68
• 5.3.3 对钻孔瓦斯流量的影响68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 6 结论及展望71-73
• 6.1 主要研究结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-79
• 作者简历79-81
• 学位论文数据集81

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