發(fā)布時(shí)間：2017-11-26 18:27

  本文關(guān)鍵詞：高含硫煤礦注堿固硫和瓦斯抽采協(xié)同優(yōu)化研究

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【摘要】：煤礦在開采過程中,經(jīng)常會遇到很多有毒有害氣體,如瓦斯、硫化氫、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮和氫氣等。我國煤炭經(jīng)過近幾十年的開采,隨著開采深度的逐步加深,一些礦井煤層中硫化氫的問題也越來越突出,尤其是在高硫煤礦開采過程中,伴隨瓦斯突出、礦井水突涌,回采工作面經(jīng)常會產(chǎn)生大量的硫化氫(H2S)氣體,嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。目前去除硫化氫比較有效的方法是采前向煤層內(nèi)部預(yù)注堿液,使堿液與硫化氫在煤層內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而達(dá)到固硫的目的,而在煤層內(nèi)部鉆孔抽采瓦斯已成為治理瓦斯災(zāi)害的重要手段。因此,文章的主要目的是研究煤層注堿液體和瓦斯氣體的滲流規(guī)律,探索鉆孔布置的優(yōu)化方案,最終目的是為煤礦安全開采和經(jīng)濟(jì)開采提供一定的理論支持和實(shí)踐參考。本文主要以龍灘煤礦的地質(zhì)條件和硫化氫、瓦斯的賦存情況為研究背景,通過建立煤層氣-液兩相流化學(xué)場-滲流場耦合運(yùn)移模型,研究了煤層注堿固硫和瓦斯抽采的運(yùn)移規(guī)律,并通過優(yōu)化煤層注堿孔和抽采孔的鉆孔布置,得到了相對經(jīng)濟(jì)和高效的布孔方案,最后通過對山西某礦的現(xiàn)場注堿試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬,將現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了所應(yīng)用的數(shù)值模型的正確性和可靠性,主要結(jié)論為：(1)注堿壓力不同時(shí),堿液滲透半徑與注堿壓力近似呈線性增長關(guān)系,注堿壓力一定時(shí),自然滲透半徑曲線隨時(shí)間近似呈線性增長,而有效滲透半徑隨時(shí)間呈現(xiàn)一定的非線性。(2)堿液在鉆孔附近的滲流速度梯度較大,在距鉆孔較遠(yuǎn)處,滲流速度梯度較小均滿足達(dá)西定律。注堿時(shí)間較短時(shí),流速矢量較大,隨著時(shí)間的增加,流速矢量逐漸變小,最后趨于一個(gè)較小的穩(wěn)定數(shù)值。(3)考慮硫沉積與不考慮硫沉積的滲透半徑-時(shí)間曲線整體變化趨勢是相同的,硫沉積造成的損傷效應(yīng)隨時(shí)間增加而增大并逐漸趨于穩(wěn)定。(4)通過優(yōu)化鉆孔布置,可大幅降低注堿固硫所需的時(shí)間。通過平面鉆孔布置優(yōu)化方案的對比分析可知,優(yōu)化方案二最多可降低90%的注堿時(shí)間。通過空間鉆孔的優(yōu)化布置分析可知,針對不同的煤層氣體賦存條件和施工條件,應(yīng)采用不同的空間鉆孔布置。(5)現(xiàn)場注堿試驗(yàn)所得的堿液有效滲透半徑為6m～8m,數(shù)值模擬所得的堿液有效滲透半徑為6.1m,說明數(shù)值模擬與現(xiàn)場注堿試驗(yàn)所得的結(jié)果基本是吻合的,驗(yàn)證了本文所應(yīng)用的數(shù)值模型可為高含硫煤礦的安全開采和經(jīng)濟(jì)開采提供參考。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD712.6

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本文編號：1230745