低渗透煤层钻孔瓦斯抽采过程研究

发布时间：2017-06-24 05:06

  本文关键词：低渗透煤层钻孔瓦斯抽采过程研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：顺层钻孔抽采技术作为主要的区域瓦斯治理措施之一,其施工成本低,有效抽采段长,单个钻孔控制范围大,单孔抽采量大,但顺层钻孔存在钻孔破坏程度不一,布置受巷道卸压影响封孔难度大,长时间封孔效果较差等问题,基于此本文对顺层钻孔瓦斯抽采过程进行了研究。基于质量守恒方程、达西定律和煤岩体几何方程、平衡方程,并考虑钻孔周边煤体的损伤破坏,建立了顺层钻孔预抽瓦斯耦合模型。利用数值模拟软件COMSOL Multiphysics模拟分析了及钻孔周围塑性区的分布。同时为了实现对钻孔破坏程度的定量表征和系统评价,提出了钻孔破坏度的概念,并通过理论计算和数值模拟的方法研究了影响钻孔破坏度的相关因素。当地应力较小时,小角度钻孔造成的钻孔破坏度较低;随着地应力影响增大,钻孔破坏度增大,存在一个合理的钻孔角度可以有效降低破坏度;地应力较高时,钻孔最小破坏度方向总是倾向于平行最大地应力方向。霍尔辛赫煤矿开采的3#煤层属于低透气性高瓦斯煤层,井下顺层钻孔抽采瓦斯效果差。为优化顺层钻孔抽采技术,选在3302回采准备工作面进行了合理有效抽采半径、合理封孔方法试验。结果表明:①基于数值模拟的理论计算法和残余瓦斯含量法确定的钻孔有效抽采半径随抽采时间变化曲线较为吻合,预抽期内的有效抽采半径为1.25 m。②主动支护封孔日平均抽采浓度最高32.25%,最低14.69%,普通囊袋式封孔日平均抽采浓度最高10.76%,最低2.93%,聚氨酯封孔日平均抽采浓度最高3.58%,最低0.48%,主动支护封孔效果优于其他两种方法。
【关键词】：顺层钻孔 耦合模型 抽采半径 钻孔破坏度 主动支护封孔
【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11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 钻孔周边应力场研究现状12-13
• 1.2.2 钻孔周边渗流场研究现状13-14
• 1.3 主要研究内容及技术路线14-16
• 2 顺层钻孔孔周瓦斯流动规律及流固耦合模型建立16-28
• 2.1 顺层钻孔孔周瓦斯流动状态16-18
• 2.2 顺层钻孔抽采瓦斯流固耦合模型18-24
• 2.2.1 基本假设18
• 2.2.2 瓦斯渗流场方程18-20
• 2.2.3 煤岩体变形应力场方程20-22
• 2.2.4 渗透率演化方程22-23
• 2.2.5 物理模型的建立23-24
• 2.3 顺层钻孔抽采瓦斯流固耦合模型求解的实现24-27
• 2.3.1 COMSOL Multiphysics简介24-25
• 2.3.2 耦合方程求解25-27
• 2.3.2.1 COMMSOL建模步骤25-26
• 2.3.2.2 煤岩体变形应力场设定26
• 2.3.2.3 瓦斯渗流场设定26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 顺层钻孔流固耦合模型研究28-49
• 3.1 钻孔周围应力场理论分析28-30
• 3.1.1 塑性区应力及位移29-30
• 3.1.2 弹性区应力及位移30
• 3.2 钻孔破坏度30-38
• 3.2.1 水平钻孔破坏度31-32
• 3.2.2 倾斜钻孔破坏度32-33
• 3.2.3 钻孔破坏度数值模拟33-38
• 3.2.3.1 地应力场对钻孔破坏度影响34-35
• 3.2.3.2 孔径对钻孔破坏度影响35-36
• 3.2.3.3 钻孔倾角对钻孔破坏度的影响36-38
• 3.3 钻孔周边渗流场理分析38-47
• 3.3.1 抽采参数对有效抽采半径的影响42-44
• 3.3.2 钻孔有效抽采半径确定方法及存在问题44-47
• 3.3.2.1 现场测定法及存在问题44-47
• 3.3.2.2 理论计算法及存在问题47
• 3.4 本章小结47-49
• 4 顺层钻孔有效抽采半径的确定49-59
• 4.1 试验区概况49-50
• 4.2 钻孔有效抽采半径考察指标的选取50-53
• 4.3 钻孔有效抽采半径的确定53-57
• 4.3.1 考察指标的确定53
• 4.3.2 数值模拟结果53-55
• 4.3.3 现场测定结果55-56
• 4.3.4 钻孔有效抽采半径的确定56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 5 顺层钻孔封孔深度及封孔方法确定59-67
• 5.1 现场试验概述59
• 5.2 封孔深度的确定59-62
• 5.2.1 钻屑量法封孔深度确定原理60-61
• 5.2.2 现场实施61
• 5.2.3 结果统计及分析61-62
• 5.3 封孔方法试验现场施工组织62-64
• 5.3.1 主动支护封孔62-63
• 5.3.2 普通囊袋封孔63-64
• 5.3.3 聚氨酯封孔64
• 5.4 抽采数据统计及结果分析64-66
• 5.4.1 抽采数据统计64-65
• 5.4.2 结果分析65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 6 结论67-68
• 参考文献68-73
• 作者简历73-74
• 学位论文数据集74

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