本文關(guān)鍵詞：鉆孔抽采瓦斯的機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國(guó)的主要能源之一是煤炭。煤礦生產(chǎn)中,瓦斯爆炸,瓦斯突出事故影響煤礦的安全生產(chǎn)。因此如何安全抽放開(kāi)采瓦斯是各個(gè)國(guó)家研究的重點(diǎn)內(nèi)容。鉆孔法抽采瓦斯是現(xiàn)階段我國(guó)治理瓦斯最重要的方式。 防治瓦斯的最基礎(chǔ)問(wèn)題就是要弄清楚煤層中瓦斯的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本文結(jié)合瓦斯跟煤層本身所具有的一些特點(diǎn)以及有限元分析、流固耦合等理論,利用數(shù)值模擬方法,對(duì)瓦斯運(yùn)動(dòng)跟抽采進(jìn)行了理論的研究,一些結(jié)果如下： (1)闡述了含瓦斯煤巖相關(guān)物理特性。從煤的變形機(jī)制出發(fā),根據(jù)孔隙率的基本定義,考慮到鉆孔抽放瓦斯的過(guò)程中,游離瓦斯壓力變化較劇烈并對(duì)煤巖體產(chǎn)生變形的影響,建立了含瓦斯煤巖孔隙率的表達(dá)式。利用一系列假設(shè)和Terzaghi有效應(yīng)力理論,建立了含瓦斯煤巖體變形控制方程。論述了瓦斯運(yùn)移的相關(guān)參數(shù)。通過(guò)Carman-Kozeny方程推導(dǎo)出了含瓦斯煤滲透率的數(shù)學(xué)表達(dá)式�；谝酝募僭O(shè)和質(zhì)量守恒定律得出了瓦斯流固耦合控制方程。 (2)對(duì)不同條件下單孔抽放瓦斯運(yùn)移變化的規(guī)律進(jìn)行了研究。在瓦斯抽放初期,瓦斯壓力變化較大,瓦斯壓力梯度較大。隨著抽放時(shí)間的推移,抽放范圍逐漸擴(kuò)大,有效應(yīng)力逐漸增加,煤層孔隙率和滲透率逐漸減小,抽放難度加大。分析了不同埋藏深度條件下和不同抽放負(fù)壓條件下,瓦斯壓力、孔隙率以及滲透率的變化和分布。通過(guò)對(duì)不同鉆孔半徑條件下抽放瓦斯的分析,得出了不同鉆孔半徑條件下,有效抽放半徑與時(shí)間的關(guān)系圖。分析了不同的初始滲透率對(duì)抽放瓦斯的影響,初始滲透率越大,瓦斯越易抽放。 (3)在陽(yáng)泉礦區(qū)某煤礦回風(fēng)巷中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),在本煤層的同一抽放鉆孔中,對(duì)普通鉆孔抽放瓦斯、水力沖孔抽放瓦斯以及高壓水力割縫技術(shù)抽放瓦斯三種方案的比較。 水力割縫技術(shù)在煤體中再造裂隙,增大煤體在空氣中的暴露面積,同時(shí)形成瓦斯流動(dòng)通道,達(dá)到加快瓦斯解吸,提高瓦斯抽放效果。相較于普通鉆孔排放瓦斯,水力割縫技術(shù)使瓦斯排放量提高了4.11-4.34倍。 水力沖孔在本實(shí)驗(yàn)中實(shí)質(zhì)上沒(méi)有增大煤層實(shí)際裂隙,但在對(duì)鉆孔的沖孔過(guò)程中,沖刷掉封堵在鉆孔裂隙中的煤粉顆粒,也起到一定程度上的增大鉆孔裂隙的作用,相較于普通鉆孔,瓦斯排放量提高了0.46-0.56倍。 水力沖孔技術(shù)跟水力割縫技術(shù)相比,后者更具有現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：鉆孔法 瓦斯抽放 流固耦合 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TD712.6
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 煤層氣開(kāi)采國(guó)內(nèi)研究狀況11-12
• 1.3 煤層氣開(kāi)采國(guó)外研究狀況12-13
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容13-16
• 第二章 含瓦斯煤巖流固耦合基本方程16-36
• 2.1 引言16
• 2.2 含瓦斯煤巖的物理特性16-22
• 2.2.1 含瓦斯煤巖的孔隙結(jié)構(gòu)16-22
• 2.3 含瓦斯煤巖體變形控制方程22-24
• 2.3.1 平衡方程22-23
• 2.3.2 幾何方程23
• 2.3.3 本構(gòu)關(guān)系23-24
• 2.4 煤層瓦斯運(yùn)移參數(shù)及瓦斯含量24-32
• 2.4.1 含瓦斯煤巖中瓦斯賦存24-26
• 2.4.2 煤層瓦斯壓力26
• 2.4.3 含瓦斯煤層中瓦斯的含量26-28
• 2.4.4 含瓦斯煤巖中瓦斯氣體的含量28-29
• 2.4.5 含瓦斯煤巖的滲透率29-32
• 2.5 煤層瓦斯運(yùn)移方程32-35
• 2.5.1 基本假設(shè)32-33
• 2.5.2 瓦斯運(yùn)移連續(xù)性方程33-34
• 2.5.3 瓦斯運(yùn)移耦合方程34-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第三章 鉆孔抽放瓦斯流固耦合數(shù)值模擬分析36-56
• 3.1 引言36
• 3.2 COMSOL MULTIPHYSICS SOFTWARE特性及應(yīng)用領(lǐng)域簡(jiǎn)介36
• 3.3 鉆孔抽放瓦斯流固耦合物理模型及定解條件36-38
• 3.3.1 物理模型36-37
• 3.3.2 定解條件37-38
• 3.4 單孔抽放瓦斯38-53
• 3.4.1 幾何模型38-39
• 3.4.2 初始條件和邊界條件39-40
• 3.4.3 抽放過(guò)程中瓦斯壓力、滲透率、孔隙率的變化規(guī)律40-48
• 3.4.4 埋藏深度對(duì)瓦斯壓力、滲透率、孔隙率的影響規(guī)律48-50
• 3.4.5 抽放負(fù)壓對(duì)瓦斯壓力、滲透率、孔隙率的影響規(guī)律50-52
• 3.4.6 鉆孔半徑對(duì)有效抽放半徑的影響規(guī)律52
• 3.4.7 滲透率對(duì)瓦斯壓力的影響規(guī)律52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-56
• 第四章 本煤層瓦斯抽采幾種方案的抽采效果比較56-64
• 4.1 水力沖孔抽采瓦斯的理論分析56-57
• 4.2 水力割縫抽采瓦斯的理論分析57
• 4.3 試驗(yàn)條件簡(jiǎn)介57-58
• 4.4 試驗(yàn)方法與過(guò)程58-59
• 4.5 幾種方案的抽采效果比較59-62
• 4.6 本章小結(jié)62-64
• 第五章 結(jié)論及展望64-66
• 5.1 主要結(jié)論64-65
• 5.2 今后的研究工作65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-72
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄72

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 肖遠(yuǎn)見(jiàn);沿層鉆孔周?chē)咚?真實(shí)氣體)滲流壓力方程及三維數(shù)值分析[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2004年03期

2 程瑞端,陳海焱,鮮學(xué)福,王國(guó)超;溫度對(duì)煤樣滲透系數(shù)影響的實(shí)驗(yàn)研究[J];煤炭工程師;1998年01期

3 馮增朝,康健,段康廉;煤體水力割縫中瓦斯突出現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)與機(jī)理研究[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年04期

4 秦匡宗,郭紹輝,李術(shù)元;煤結(jié)構(gòu)的新概念與煤成油機(jī)理的再認(rèn)識(shí)[J];科學(xué)通報(bào);1998年18期

5 傅雪海;秦勇;張萬(wàn)紅;韋重韜;周榮福;;基于煤層氣運(yùn)移的煤孔隙分形分類(lèi)及自然分類(lèi)研究[J];科學(xué)通報(bào);2005年S1期

6 李忠華;張嘯;尹亮亮;;高壓水射流煤層切槽卸壓效果的數(shù)值模擬[J];煤礦開(kāi)采;2009年04期

7 趙陽(yáng)升,楊棟,胡耀青,段康廉,馮增朝,趙嵐;低滲透煤儲(chǔ)層煤層氣開(kāi)采有效技術(shù)途徑的研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2001年05期

8 林柏泉;孟凡偉;張海賓;;基于區(qū)域瓦斯治理的鉆割抽一體化技術(shù)及應(yīng)用[J];煤炭學(xué)報(bào);2011年01期

9 謝克昌;;煤結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性的多方位認(rèn)識(shí)和研究——Ⅰ.煤的結(jié)構(gòu)[J];煤炭轉(zhuǎn)化;1992年01期

10 徐龍君,顧樂(lè)觀,鮮學(xué)福;分形吸附模型[J];煤炭轉(zhuǎn)化;2000年01期

  本文關(guān)鍵詞：鉆孔抽采瓦斯的機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號(hào)：280204