【摘要】：瓦斯抽采不僅可以降低煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、礦井瓦斯涌出量,進(jìn)而防止瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出災(zāi)害,而且抽出的瓦斯(煤層氣)可作為潔凈能源加以利用。然而,在瓦斯抽采過程中,瓦斯運(yùn)移規(guī)律極為復(fù)雜,氣體流動(dòng)、固體變形和溫度變化相互耦合。本文利用重慶大學(xué)自主研發(fā)的多場(chǎng)耦合煤層氣開采物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng),分別進(jìn)行了不同吸附性氣體條件、不同氣體壓力條件和不同地應(yīng)力條件下煤層多鉆孔瓦斯抽采試驗(yàn),分析了抽采過程中瓦斯壓力、煤層溫度、煤層變形和抽采流量的演化規(guī)律,探討了各因素對(duì)瓦斯抽采效果的影響機(jī)制,取得的主要研究成果如下:1)在抽采過程中,瓦斯壓力、煤體溫度及變形在抽采初期均下降迅速,后期下降緩慢,且離鉆孔越近的區(qū)域,瓦斯壓力和溫度下降越快;通過斷面的流場(chǎng)圖分析發(fā)現(xiàn),氣壓的等壓線形成以鉆孔為中心的不規(guī)則圓形,在層面的流場(chǎng)圖中四個(gè)鉆孔的等壓線則密集程度不同,且在抽采初期兩個(gè)鉆孔中間形成高壓帶,這是由于煤體的不均質(zhì)性,導(dǎo)致不同區(qū)域的氣壓值不同。2)隨著氣體吸附性的增強(qiáng),煤層達(dá)到同一氣壓的吸附量增加。在抽采過程中,同一氣壓測(cè)點(diǎn)氣體壓力下降速率隨氣體吸附性增強(qiáng)而降低,同一溫度測(cè)點(diǎn)溫度下降量則增加;煤體變形量與氣體的吸附性和應(yīng)力方向有關(guān),對(duì)于煤層同一應(yīng)力方向的變形量,抽采CO_2氣體的變形量最大,抽采N_2氣體的變形量最小,同一種吸附性氣體在應(yīng)力σ_1方向的應(yīng)變量最大;在抽采過程中,四個(gè)鉆孔累積流量隨著氣體吸附性的增加而增大,同一吸附性氣體的抽采流量Ⅰ號(hào)和Ⅳ號(hào)鉆孔的累積流量大于Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)鉆孔的累積流量。3)在不同初始?xì)怏w壓力條件下的抽采過程中,同一測(cè)點(diǎn)氣壓下降速率及溫度變化量隨著初始?xì)怏w壓力的增大而增大,且同一鉆孔的瞬時(shí)流量的最大值和最終的累積流量也隨之增大。4)在原始應(yīng)力條件下的抽采過程中,隨著地應(yīng)力的增大,氣壓下降速率減緩,氣體解吸能力下降,溫度下降量減小,煤體變形量也隨之減小,抽采時(shí)的瞬時(shí)流量最大值和累積流量也減小。在采動(dòng)應(yīng)力條件下,隨著應(yīng)力集中系數(shù)的增加,同一測(cè)點(diǎn)氣壓下降速率、溫度變化量及同一區(qū)域煤層變形量均減小,抽采效率呈現(xiàn)先升高后下降的規(guī)律。
【圖文】：

2 順層鉆孔瓦斯抽采物理模擬試驗(yàn)方法2 順層鉆孔瓦斯抽采物理模擬試驗(yàn)方法 試驗(yàn)系統(tǒng)本次試驗(yàn)采用重慶大學(xué)自主研制的多場(chǎng)耦合煤層氣開采物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)主要由主體承載支架、加載系統(tǒng)、試件箱體、控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、力成型系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)和附屬設(shè)施等組成，試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖及參見如圖是加載系統(tǒng)，考慮模擬煤層所受地應(yīng)力分布狀況，因此，具有不同方向級(jí)的加載方式，并且數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全過程采集，本文對(duì)該試驗(yàn)詳細(xì)的結(jié)構(gòu)介紹。

作動(dòng)器和壓頭作用在箱體內(nèi) 3 個(gè)方向共 9 個(gè)壓板的中心，以模擬煤體中賦存的各向地應(yīng)力，加載系統(tǒng)中的位移傳感器和力傳感器，可以實(shí)現(xiàn)位移加載和力加載等加載方式。③側(cè)向多管開采系統(tǒng)。箱體左壁設(shè)有 4 個(gè)數(shù)據(jù)采集孔，內(nèi)側(cè)連接抽采管，外側(cè)連接導(dǎo)氣接頭，均可以保證氣密性，外部接有氣壓傳感器和質(zhì)量流量計(jì)。箱體內(nèi)開采管總長為 330 mm，抽采管軸向設(shè)有透氣孔，而且有效透氣區(qū)域長 160 mm，外徑為 18mm、內(nèi)徑為 6.4mm。抽采負(fù)壓為大氣壓。④數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有參數(shù)控制和數(shù)據(jù)采集兩部分，參數(shù)控制是通過 MaxTest-Coal 軟件對(duì)伺服控制機(jī)和加載液壓缸進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，分為位移控制和應(yīng)力控制兩種控制方式�？刂栖浖姘骞灿� 9 個(gè)控制窗口，分別依次對(duì)應(yīng)于 9 個(gè)伺服控制機(jī)和加載液壓缸，而且每組可分別編制程序，可實(shí)現(xiàn)每組達(dá)到不同的應(yīng)力目標(biāo)值和不同加載速率，另外也可以對(duì)分別進(jìn)行位移控制和位移加載�？刂拼翱诤陀覀�(cè)程序控制分別使用不同的“開始”和“停止”按鈕，可分別控制加載系統(tǒng)和程序開啟，使加載系統(tǒng)更加穩(wěn)定，，程序控制自由切換的效果。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD712.6

【參考文獻(xiàn)】

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1 許江;劉龍榮;劉東;彭守建;梁永慶;聶聞;;煤層瓦斯抽采過程中煤巖變形的物理模擬實(shí)驗(yàn)[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年03期

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4 錢超;戚彥林;孫建榮;;煤炭資源綠色開采—煤與瓦斯共采技術(shù)[J];山東煤炭科技;2013年04期

5 尹光志;李銘輝;李生舟;李文璞;姚俊偉;張千貴;;基于含瓦斯煤巖固氣耦合模型的鉆孔抽采瓦斯三維數(shù)值模擬[J];煤炭學(xué)報(bào);2013年04期

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7 尹光志;蔣長寶;許江;彭守建;李文璞;;煤層氣儲(chǔ)層含水率對(duì)煤層氣滲流影響的試驗(yàn)研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2011年S2期

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9 周軍平;鮮學(xué)福;姜永東;谷達(dá)圣;王臣;;基于熱力學(xué)方法的煤巖吸附變形模型[J];煤炭學(xué)報(bào);2011年03期

10 趙全勝;李其廉;黃鸝;;考慮瓦斯解吸影響的煤滲流應(yīng)力耦合模型[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年04期

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本文編號(hào)：2651119