作為一種非常規(guī)清潔氣體資源,煤層氣(CBM)具備替代傳統(tǒng)能源的巨大潛力。目前世界各國(guó)學(xué)者對(duì)煤層氣的開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了比較深入的探究,但仍存在著諸多挑戰(zhàn)。裂隙和裂隙充填物構(gòu)成了煤層氣運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ�。充填煤巖的滲透率,通常基于煤的裂隙-充填物特征和應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)來(lái)確定。在一定的有效應(yīng)力條件下,煤滲透率是孔隙壓力、充填物類型和注入氣體類型的函數(shù)。為了準(zhǔn)確描述多孔材料中氣體流動(dòng)的機(jī)理,眾多學(xué)者已經(jīng)提出了許多滲透率模型。然而,到目前為止大多數(shù)模型中對(duì)滑脫效應(yīng)的影響考慮不足,而滑脫效應(yīng)對(duì)煤巖裂隙的氣體滲流行為有著顯著的作用,特別是在低滲透性煤巖中。對(duì)充填煤巖裂隙滲透特性進(jìn)行研究,通過(guò)分析有效應(yīng)力對(duì)孔隙率的影響,以及利用努森數(shù)作為判斷依據(jù),來(lái)判定滑脫效應(yīng)的影響,建立了充填煤巖裂隙滲透特性數(shù)學(xué)模型。然后,以充填煤巖為研究對(duì)象,進(jìn)行了充填煤巖裂隙滲透特性驗(yàn)證試驗(yàn)。研究了充填煤巖裂隙滲透率(不同充填物、不同圍壓、不同氣壓)的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合,得到了不同有效應(yīng)力、不同充填介質(zhì)的滑脫因子,得出數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了所建數(shù)學(xué)模型的正確性。并對(duì)充填煤巖裂隙滲透率(不同圍壓、不同氣壓)的變化規(guī)律進(jìn)行了分析。主要得到以下結(jié)論:1.通過(guò)對(duì)充填煤巖裂隙滲透特性進(jìn)行理論分析,探討了有效應(yīng)力以及滑脫效應(yīng)的影響。結(jié)果表明:有效應(yīng)力會(huì)引起充填煤巖的體積應(yīng)變,改變充填煤巖的孔隙率,進(jìn)而影響充填煤巖裂隙滲透率;在低滲氣體滲流系統(tǒng)中,滑脫效應(yīng)也是不可忽略的影響因素,可以依據(jù)氣體與不同充填介質(zhì)組合的努森數(shù)大小,判定滑脫效應(yīng)的影響。并建立了充填煤巖裂隙滲透特性數(shù)學(xué)模型。2.實(shí)驗(yàn)研究了充填煤巖裂隙滲透率(不同充填物、不同圍壓、不同氣壓)的變化規(guī)律。結(jié)果表明:(1)在氣壓不變條件下,充填煤巖裂隙滲透率隨著圍壓的增大而減小;(2)在圍壓不變的條件下,隨著氣體壓力的增大,以方解石、高嶺土、方高混合物和膨潤(rùn)土為充填介質(zhì)的充填煤巖裂隙,滲透率逐漸減小并趨于平緩。以煤粉為充填介質(zhì)的充填煤巖裂隙,滲透率反而隨著氣壓的增大而增大;(3)在圍壓不變的條件下,滑脫效應(yīng)的影響隨氣體壓力的增大而減小,滑脫效應(yīng)只在低氣壓情況下表現(xiàn)較明顯。3.對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到了不同有效應(yīng)力、不同充填介質(zhì)的充填煤巖k_g-1/p關(guān)系擬合方程和滑脫因子,擬合方程的相關(guān)系數(shù)R~2都在0.79以上。根據(jù)滑脫因子與充填煤巖的參數(shù),得出數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性較高,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD712
【部分圖文】：

充填煤巖裂隙

圓柱體原煤煤樣制備過(guò)程：本次實(shí)驗(yàn)采用直徑Φ=50mm，高度h=50mm的圓柱體煤樣作為分析實(shí)驗(yàn)試樣。將趙固一礦二1煤層取回的原煤塊煤放入巖芯鉆取機(jī)（如圖4.1）中加工為圓柱體。然后將鉆取出的圓柱體煤樣在自動(dòng)精密切割機(jī)（如圖4.2）上制成底面直徑為50mm，高度為50mm的圓柱體煤樣煤芯取出后，利用磨床對(duì)其進(jìn)行小心仔細(xì)地打磨，制成Φ50×50mm的原煤煤樣，并將之置于烘箱內(nèi)在80℃下烘干24h再用干燥箱存放，以備試驗(yàn)時(shí)用（如圖4.3）。圖 4.1 巖芯鉆取機(jī)圖 4.2 自動(dòng)精密切割機(jī)

柱體煤樣作為分析實(shí)驗(yàn)試樣。將趙固一礦二1煤層取回的原煤塊煤放入巖芯鉆取機(jī)（如圖4.1）中加工為圓柱體。然后將鉆取出的圓柱體煤樣在自動(dòng)精密切割機(jī)（如圖4.2）上制成底面直徑為50mm，高度為50mm的圓柱體煤樣煤芯取出后，利用磨床對(duì)其進(jìn)行小心仔細(xì)地打磨，制成Φ50×50mm的原煤煤樣，并將之置于烘箱內(nèi)在80℃下烘干24h再用干燥箱存放，以備試驗(yàn)時(shí)用（如圖4.3）。圖 4.1 巖芯鉆取機(jī)圖 4.2 自動(dòng)精密切割機(jī)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2810594