注氣置換煤層瓦斯技術(shù)作為一種新型的強化抽采瓦斯技術(shù)，在其作用機理、合理注氣參數(shù)等方面研究不足。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測的手段，在研究注氣置換煤層瓦斯作用機理的基礎(chǔ)上，選擇合適的注氣氣源，采用數(shù)值模擬的方法研究了注氣置換煤層瓦斯的時效特性以及注氣壓力、抽采負壓和布孔方式對其時效特性的影響，在井下進行現(xiàn)場試驗，驗證其與數(shù)值模擬結(jié)果的一致性。 首先，在總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，提出了注氣置換煤層瓦斯5個方面的作用機理，即注入氣體的置換、降低CH₄分壓、篩濾吸附置換、提高煤層CH₄擴散-滲流速度和壓裂增透作用機理。通過分析注CO₂和N₂在置換煤層瓦斯機理方面的效果以及煤吸附兩種氣體后對煤體滲透率、突出危險性的影響，得出雖然注CO₂置換煤層瓦斯的效果優(yōu)于N₂，但煤吸附CO₂后會造成煤層膨脹變形，滲透率降低，突出危險性增大的現(xiàn)象，且CO₂在瓦斯利用系統(tǒng)中會導(dǎo)致瓦斯失燃，抽采的瓦斯失去利用價值，因此，N_...

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 課題研究的背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述
        1.2.1 煤層瓦斯強化抽采技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 注氣置換煤層瓦斯現(xiàn)場試驗研究現(xiàn)狀
        1.2.3 注氣置換煤層瓦斯數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.2.4 注氣置換煤層瓦斯技術(shù)機理研究現(xiàn)狀
    1.3 前期研究存在的問題
        1.3.1 尚未進行注氣合理參數(shù)的試驗研究
        1.3.2 高壓注氣封孔技術(shù)與裝備研究不足
        1.3.3 在區(qū)域消突方面的研究仍是空白
        1.3.4 尚未形成完整的注氣置換瓦斯機理研究體系
    1.4 論文的提出及研究內(nèi)容
    1.5 技術(shù)路線
    1.6 創(chuàng)新點
2 注氣置換煤層瓦斯作用機理及氣源優(yōu)選分析
    2.1 注氣置換煤層瓦斯作用機理
        2.1.1 注入氣體的置換作用機理
        2.1.2 注入氣體降低 CH₄分壓的作用機理
        2.1.3 注入氣體的篩濾吸附置換作用機理
        2.1.4 注氣提高 CH₄擴散-滲流速度的作用機理
        2.1.5 注氣壓裂增透煤體作用機理
    2.2 注氣置換煤層瓦斯氣源優(yōu)選分析
        2.2.1 注入不同氣體置換 CH₄的效果分析
        2.2.2 吸附 CO₂和 N₂對煤體的影響
        2.2.3 對瓦斯利用的影響
    2.3 本章小結(jié)
3 注氣置換煤層瓦斯時效特性數(shù)值模擬研究
    3.1 COMSOL MULTIPHYSICS 軟件介紹
        3.1.1 COMSOL Multiphysics 的應(yīng)用領(lǐng)域
        3.1.2 COMSOL Multiphysics 的建模步驟
    3.2 數(shù)學(xué)模型的建立
        3.2.1 基本假設(shè)
        3.2.2 注氣置換煤層瓦斯的數(shù)學(xué)模型
        3.2.3 定解條件
    3.3 數(shù)值模型
    3.4 數(shù)值模擬所需相關(guān)參數(shù)
    3.5 煤層瓦斯含量和消突周期隨時間變化規(guī)律
        3.5.1 煤層瓦斯含量隨注氣時間的變化規(guī)律
        3.5.2 煤層不同位置的消突周期隨注氣時間的變化規(guī)律
    3.6 注氣壓力對注氣置換煤層瓦斯時效特性的影響
        3.6.1 不同注氣壓力下煤層瓦斯含量的變化
        3.6.2 不同注氣壓力下煤層相同位置消突周期的變化
        3.6.3 注氣壓力對注氣置換煤層瓦斯時效特性的影響分析
    3.7 抽采負壓對注氣置換煤層瓦斯時效特性的影響
        3.7.1 不同抽采負壓下煤層瓦斯含量的變化
        3.7.2 不同抽采負壓下煤層相同位置消突周期的變化
        3.7.3 抽采負壓對注氣置換煤層瓦斯時效特性的影響分析
    3.8 布孔方式對注氣置換煤層瓦斯時效特性的影響
        3.8.1 不同布孔方式下煤層瓦斯含量的變化
        3.8.2 不同布孔方式下煤層相同位置消突周期的變化
        3.8.3 布孔方式對注氣置換煤層瓦斯時效特性的影響分析
    3.9 注氣置換煤層瓦斯效果與時間的定量關(guān)系研究
    3.10 本章小結(jié)
4 井下順層鉆孔注氣置換煤層瓦斯試驗研究
    4.1 試驗礦井概況
        4.1.1 地理位置
        4.1.2 地質(zhì)構(gòu)造
        4.1.3 煤層賦存及煤質(zhì)特征
        4.1.4 開拓方式
        4.1.5 礦井瓦斯治理現(xiàn)狀
    4.2 順層鉆孔注氣置換煤層瓦斯效果考察
        4.2.1 注氣工藝及參數(shù)選擇
        4.2.2 試驗過程
        4.2.3 數(shù)據(jù)處理及分析
    4.3 現(xiàn)場考察效果與數(shù)值模擬結(jié)果的異同
        4.3.1 現(xiàn)場測試與數(shù)值模擬結(jié)果對比
        4.3.2 現(xiàn)場測試與數(shù)值模擬結(jié)果差異性分析
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論和展望
    5.1 主要結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
作者簡歷
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3834790