煤層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)不僅能夠有效防治煤礦瓦斯動力災(zāi)害,同時也可以實現(xiàn)煤層氣的資源化利用。本文通過實驗測試、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,分析了不同煤體的孔裂隙結(jié)構(gòu)特征,探討了多種尺寸煤粒的瓦斯擴散動力學規(guī)律,構(gòu)建了煤層多物理場耦合數(shù)學模型,并以內(nèi)蒙牙星煤礦416綜采工作面瓦斯抽采為工程背景,研究了多種因素對瓦斯抽采效果的影響,闡明了采動煤層多場耦合規(guī)律,為解決井下實際工程問題提供依據(jù)。主要研究成果如下:（1）以牙星礦煤樣為主其他礦為輔,開展了不同變質(zhì)程度煤體的物理力學性質(zhì)測試及孔隙結(jié)構(gòu)特征分析試驗,綜合圖像分析法與流體注入法表述了煤體的孔裂隙特征。（2）搭建了瓦斯擴散量動態(tài)采集實驗平臺,實現(xiàn)了擴散測試的精確化和自動化。利用該平臺研究了不同尺寸煤粒瓦斯解吸擴散特性,結(jié)果表明:隨著孔隙壓力的逐漸升高,煤體的極限擴散率上升。由粒徑尺度導致的煤樣有效擴散系數(shù)差異存在一個臨界區(qū)間,當煤體粒徑?jīng)]有升至該區(qū)間內(nèi)時,擴散系數(shù)隨粒徑尺寸的增大而緩慢降低;當粒徑超過臨界區(qū)間時,擴散系數(shù)逐漸穩(wěn)定在一個定值附近。（3）計算了不同煤體孔隙的迂曲度以及擴散孔道長度,定量分析了四種煤體的氣體擴散能力的強弱順序。給... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

我國煤層氣資源評價盆地（群）分布[16]

碩士學位論文6時煤層瓦斯流場的演化規(guī)律，并結(jié)合楊柳煤礦的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)驗證了模型的準確性。Zhang等[75]建立了考慮有效應(yīng)力和基質(zhì)變形的滲透率模型，并用實驗分析了模型適用性。Li等[76]推導了考慮克林肯貝格效應(yīng)的滲透率和孔隙度的演化模型，用仿真軟件進行了二維建模。Wei等[77]針對軟煤的蠕變現(xiàn)象，建立了考慮煤蠕變特性的流固耦合模型。Lin等[78]對富含CO2煤層進行了注N2瓦斯抽采的模擬，建立了二元氣體的運移模型。圖1-2瓦斯抽采多場耦合模型[74]Figure1-2Multi-fieldcouplingmodelforgasdrainage上述研究大多是基于彈性理論構(gòu)建的多場耦合模型，而對于受到采動影響后工作面前方煤體塑性損傷的多場耦合理論研究較少。同時對于煤體非均質(zhì)性和各向異性考慮較少，因此，采動煤層在瓦斯抽采中關(guān)于氣體運移規(guī)律的相關(guān)研究有待加強。1.3存在的主要問題（MainProblems）為了研究煤層內(nèi)瓦斯的多場耦合規(guī)律，查閱了國內(nèi)外學者的相關(guān)研究成果，這些文獻對于擴散實驗研究和煤體滲透率模型建立有諸多有益之處，但對于采動煤層瓦斯抽采過程中的多場耦合規(guī)律方面的研究仍有不足之處，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）雖然目前進行煤體滲透率數(shù)學模型開發(fā)的研究較多，但其中很少能夠結(jié)合煤礦現(xiàn)場的實際情況和現(xiàn)場煤體的真實物性特征。傳統(tǒng)的煤體細觀孔隙結(jié)構(gòu)檢測方法有很多，而采用將圖像分析與流體注入相結(jié)合來進行煤體孔隙結(jié)構(gòu)檢測的研究較少。在煤體解吸擴散規(guī)律以及控制機理的研究上的認識不足，需要進一步的研究。（2）瓦斯在不同尺度煤顆粒中的擴散特性具有明顯差異。而在大多數(shù)關(guān)于瓦斯擴散的實驗研究中，采用煤顆粒作為研究對象，并將實驗室測試結(jié)果用于表征煤層內(nèi)瓦斯的擴散動力學特性，而沒有考慮瓦斯擴散的尺度效應(yīng)。雖然大量實

碩士學位論文8所示：圖1-3研究總體思路Figure1-3Generalideas1.5主要研究進展及成果（ResearchProgressandAchievements）截止2020年4月，圍繞課題研究內(nèi)容及計劃，分別開展了資料收集及文獻閱讀、基礎(chǔ)測試及試驗研究、平臺搭建及實驗分析以及數(shù)學建模及多場仿真等研究，取得如下進展：（1）資料收集及文獻閱讀對多個礦井現(xiàn)場進行了實地調(diào)研，包括平煤神馬集團八礦，山西陽泉新景礦以及內(nèi)蒙牙星礦等科研生產(chǎn)單位。閱讀學習了大量關(guān)于煤體孔隙結(jié)構(gòu)、煤粒瓦斯擴散、煤層瓦斯抽采多場耦合模型等文獻資料，共計200余篇，其中英文文獻約100余篇，以及相關(guān)書籍20余部。（2）基礎(chǔ)測試及試驗研究將前期實地調(diào)研取回的不同變質(zhì)程度塊狀煤巖進行加工制樣，并分別進行了物理力學性質(zhì)測試和孔隙結(jié)構(gòu)測試。開展了不同變質(zhì)程度煤樣的工業(yè)分析、單軸加載測試、堅固性系數(shù)測試、掃描電子顯微鏡觀測、孔隙壓汞測試以及核磁共振分析實驗等研究工作。（3）平臺搭建及實驗分析搭建了瓦斯擴散量動態(tài)采集實驗平臺，編寫了相關(guān)測試程序，針對煤體內(nèi)瓦

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]高壓驅(qū)替相與CH4在煤體中的吸附解吸及擴散與滲流規(guī)律研究[D]. 高子善.中國礦業(yè)大學 2019
[2]結(jié)構(gòu)異性煤體受載損傷演化特征及瓦斯流動規(guī)律研究[D]. 黃展博.中國礦業(yè)大學 2018



本文編號：3414367