瓦斯抽采作為解決煤礦瓦斯突出、瓦斯超限問題的重要技術(shù)手段,同時(shí)也是開發(fā)利用煤層氣資源的前提。但目前我國大部分礦井仍面臨著瓦斯抽采濃度偏低的問題,除與煤層低滲透性的地質(zhì)特性有關(guān)外,瓦斯抽采參數(shù)設(shè)置不合理和鉆孔封孔失效也是影響鉆孔抽采效果的兩個(gè)關(guān)鍵因素。因此研究鉆孔的抽采參數(shù)與封孔參數(shù)對(duì)于提高鉆孔抽采率,實(shí)現(xiàn)煤層氣的合理開發(fā)利用,具有十分重要的意義。本文分別以沙曲礦4號(hào)煤層順層抽采鉆孔和賀西礦鉆孔封孔條件為研究背景,通過理論分析、有限元數(shù)值模擬和實(shí)例計(jì)算的研究方法,以優(yōu)化鉆孔抽采參數(shù)和封孔參數(shù)為主要目標(biāo)開展研究,得到以下研究成果:（1）以彈塑性力學(xué)理論為基礎(chǔ),運(yùn)用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則以及擴(kuò)容流動(dòng)法則,將抽采鉆孔的孔壁煤體變形視為平面應(yīng)變問題,推導(dǎo)出了孔壁煤體破裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)的應(yīng)力—應(yīng)變解;再結(jié)合有效應(yīng)力和基質(zhì)收縮效應(yīng)對(duì)孔隙率、滲透率的影響研究,基于孔隙率定義和Kozeny-carman方程建立了抽采過程中煤儲(chǔ)層滲透率的動(dòng)態(tài)變化模型。（2）以滲透率動(dòng)態(tài)變化模型為基礎(chǔ),結(jié)合多孔介質(zhì)滲流理論和相關(guān)輔助方程,建立了滲透率動(dòng)態(tài)變化下的瓦斯?jié)B流微分方程,該物理數(shù)學(xué)模型可以準(zhǔn)確模擬計(jì)算鉆孔... 

【文章來源】：太原理工大學(xué)山西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 選題背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題
        1.2.1 鉆孔參數(shù)的研究現(xiàn)狀及存在的問題
        1.2.2 鉆孔周邊煤體應(yīng)力場研究現(xiàn)狀
        1.2.3 鉆孔周邊煤體滲流場研究現(xiàn)狀
        1.2.4 鉆孔周邊煤體滲透率理論模型研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究內(nèi)容、方法與技術(shù)路線
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 研究方法及技術(shù)路線
第二章 鉆孔孔壁含瓦斯煤體的變形及滲流規(guī)律研究
    2.1 鉆孔孔壁煤體的彈塑性變形分析
        2.1.1 力學(xué)模型
        2.1.2 基本假設(shè)
        2.1.3 本構(gòu)方程及屈服準(zhǔn)則
        2.1.4 鉆孔孔壁煤體“三區(qū)”的彈塑性解
    2.2 瓦斯抽采過程孔壁煤體的變形
        2.2.1 有效應(yīng)力變化引起的鉆孔孔壁煤體變形
        2.2.2 基質(zhì)收縮效應(yīng)引起的鉆孔孔壁煤體變形
    2.3 孔壁煤體孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化模型
        2.3.1 孔壁煤體的孔隙率動(dòng)態(tài)變化模型
        2.3.2 孔壁煤體的滲透率動(dòng)態(tài)變化模型
    2.4 滲透率動(dòng)態(tài)變化下的瓦斯?jié)B流微分方程
    2.5 本章小結(jié)
第三章 抽采鉆孔布置工藝參數(shù)優(yōu)化數(shù)值模擬與觀測(cè)研究
    3.1 多物理場耦合軟件COMSOLMultiphysics簡介
        3.1.1 COMSOLMultiphysics軟件基本介紹
        3.1.2 數(shù)值模擬求解過程介紹
    3.2 數(shù)值模型的建立
        3.2.1 模擬工程背景
        3.2.2 幾何模型的建立
        3.2.3 定解條件的設(shè)定
        3.2.4 模擬參數(shù)與模型網(wǎng)格的劃分
    3.3 數(shù)值模擬的結(jié)果與分析
        3.3.1 鉆孔有效抽采半徑的判定指標(biāo)
        3.3.2 鉆孔有效抽采半徑的模擬結(jié)果分析
        3.3.3 基于瓦斯流量法的鉆孔有效半徑計(jì)算及與模擬結(jié)果的比較
        3.3.4 鉆孔孔壁煤體孔隙率和滲透率的時(shí)空變化規(guī)律
        3.3.5 鉆孔孔壁內(nèi)瓦斯?jié)B流速度分布規(guī)律
        3.3.6 鉆孔有效抽采半徑的影響因素分析
        3.3.7 鉆孔合理布置間距的確定
    3.4 本章小結(jié)
第四章 鉆孔封孔工藝參數(shù)的優(yōu)化研究
    4.1 合理封孔長度的研究
        4.1.1 傳統(tǒng)封孔長度研究的缺陷
        4.1.2 巷道圍巖彈塑性分析及合理封孔長度的確定
    4.2 注漿封孔參數(shù)的研究
        4.2.1 鉆孔“漏氣圈”的形成及漏氣原因分析
        4.2.2 注漿封孔堵漏機(jī)理
        4.2.3 鉆孔封孔深度和注漿總量的理論計(jì)算
        4.2.4 合理注漿壓力與注漿時(shí)間的關(guān)系研究
    4.3 賀西煤礦封孔工藝參數(shù)計(jì)算分析
        4.3.1 鉆孔封孔長度的確定
        4.3.2 注漿封孔參數(shù)的確定
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 本文主要結(jié)論
    5.2 不足與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]考慮漿液擴(kuò)散路徑的多孔介質(zhì)滲透注漿機(jī)理研究[J]. 張慶松,王洪波,劉人太,李術(shù)才,張樂文,朱光軒,張連震.  巖土工程學(xué)報(bào). 2018(05)
[2]瓦斯抽采鉆孔封孔成套技術(shù)及應(yīng)用研究[J]. 劉延保.  煤炭工程. 2017(04)
[3]底抽巷穿層鉆孔封孔深度與布孔間距優(yōu)化研究[J]. 程志恒.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2017(02)
[4]2004—2015年全國煤礦事故分析[J]. 孫繼平,錢曉紅.  工礦自動(dòng)化. 2016(11)
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[6]瓦斯抽采鉆孔動(dòng)態(tài)漏氣圈特性及漏氣處置研究[J]. 王志明,孫玉寧,王永龍,王振鋒.  中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2016(05)
[7]煤層瓦斯抽采鉆孔漏氣機(jī)理及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 胡勝勇,劉紅威.  煤礦安全. 2016(05)
[8]煤層瓦斯抽采鉆孔密封理論模型與工程技術(shù)研究[J]. 周福寶,孫玉寧,李海鑒,余國鋒.  中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(03)
[9]瓦斯抽采過程中的煤層透氣性動(dòng)態(tài)演化規(guī)律與數(shù)值模擬[J]. 王登科,彭明,付啟超,秦恒潔,夏玉玲.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2016(04)
[10]瓦斯抽采鉆孔有效影響半徑的理論模型及數(shù)值分析[J]. 王韶輝.  中國西部科技. 2015(09)

博士論文
[1]鉆孔封孔段失穩(wěn)機(jī)理分析及加固式動(dòng)態(tài)密封技術(shù)研究[D]. 張超.中國礦業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]考慮黏度時(shí)變性的賓漢姆漿液注漿擴(kuò)散機(jī)理研究[D]. 韓燁.山東大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3410615