針對目前進行瓦斯抽采模擬時大多忽略煤層含水的問題,建立了考慮氣—水兩相流的瓦斯抽采流固耦合模型。在瓦斯單相作用的基礎(chǔ)上,考慮煤層水滲流及孔隙水壓力所產(chǎn)生的影響,推導(dǎo)出相應(yīng)的應(yīng)力場方程和滲流場方程,并建立滲透率動態(tài)演化模型作為耦合模型,據(jù)此分析瓦斯—水運移規(guī)律。研究結(jié)果表明:考慮氣—水兩相流,產(chǎn)氣速率具有峰值點;若不考慮水的影響,則將高估瓦斯抽采量;距鉆孔越遠,水對瓦斯運移的抑制作用越明顯,且抑制作用大于因煤體自身有效應(yīng)力減小、滲透率增大所帶來的促進作用;煤層初始滲透率對瓦斯抽采具有決定性作用;煤層溫度越高,瓦斯壓力越不易降低,由溫度增高引起的瓦斯解吸效應(yīng)大于煤層自身的吸附應(yīng)變效應(yīng)。 

【文章來源】：礦業(yè)安全與環(huán)保. 2020,47(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

氣—水兩相流幾何模型示意圖

將產(chǎn)氣速率定義為抽采一段時間內(nèi)平均每天的瓦斯抽采量，產(chǎn)水速率定義同理。瓦斯抽采產(chǎn)氣速率與產(chǎn)水速率變化情況如圖2所示。由圖2可知，在抽采期內(nèi)，產(chǎn)氣速率先迅速增大，之后緩慢減小，峰值產(chǎn)氣速率出現(xiàn)在第18天;產(chǎn)水速率表現(xiàn)為迅速減小。抽采初期為產(chǎn)水速率最高期，煤體孔隙中含水量較大，阻塞瓦斯運移通道，隨著水不斷被抽出，產(chǎn)氣速率不斷升高，而產(chǎn)水速率幾乎降為0。模擬結(jié)果與實際含水煤層瓦斯抽采產(chǎn)氣、產(chǎn)水規(guī)律基本一致。

將普通流固耦合模型(HM模型)和考慮氣—水兩相流的流固耦合模型(TP-HM模型)進行對比，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，HM模型產(chǎn)氣速率呈現(xiàn)單調(diào)遞減的趨勢，最高產(chǎn)氣速率出現(xiàn)在抽采初期，而TP-HM模型具有峰值產(chǎn)氣速率。HM模型由于不考慮煤層水對瓦斯抽采的影響，產(chǎn)氣速率總體上大于TP-HM模型�？梢�，若不考慮煤層水的影響，在實際生產(chǎn)中則將高估瓦斯抽采量。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]水力壓裂技術(shù)在成莊煤礦低透氣性突出煤層的應(yīng)用及效果[J]. 孟小紅.  礦業(yè)安全與環(huán)保. 2019(04)
[2]考慮水滲流作用的順層抽采模擬及參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 周西華,張瀟文,白剛,邊強,趙璐璐.  中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2018(10)
[3]高瓦斯煤層注液態(tài)CO2壓裂增透技術(shù)試驗研究[J]. 馬礪,魏高明,李珍寶,張繼兵,吳鵬,李秀山.  礦業(yè)安全與環(huán)保. 2018(05)
[4]基于多物理場耦合的順層鉆孔瓦斯抽采參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 劉佳佳,賈改妮,王丹,馬權(quán).  煤炭科學(xué)技術(shù). 2018(07)
[5]綜放工作面瓦斯抽采最優(yōu)鉆孔參數(shù)研究[J]. 齊慶杰,祁云,張建國,周新華.  中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2018(06)
[6]基于動態(tài)流固耦合模型的瓦斯抽采半徑及孔間距研究[J]. 許克南,王佰順,劉青宏.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2018(05)
[7]考慮基質(zhì)瓦斯?jié)B流的煤層流固耦合模型[J]. 李勝,張浩浩,范超軍,畢慧杰,楊振華,陶梅.  中國安全科學(xué)學(xué)報. 2018(03)
[8]煤層滲透率各向異性對鉆孔瓦斯抽采的影響[J]. 范超軍,李勝,蘭天偉,楊振華,羅明坤,陶梅.  中國安全科學(xué)學(xué)報. 2017(11)
[9]本煤層順層預(yù)抽瓦斯鉆孔間距數(shù)值模擬研究[J]. 施永威,王宗林,梁冰,周陽,孫維吉.  中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2017(05)
[10]基于流固耦合模型的穿層鉆孔瓦斯抽采模擬研究[J]. 李勝,畢慧杰,范超軍,羅明坤,蘭天偉.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2017(05)

博士論文
[1]熱流固耦合條件下煤巖體損傷模型及其應(yīng)用[D]. 魏晨慧.東北大學(xué) 2012



本文編號：3304584