發(fā)布時間：2017-07-28 12:39

  本文關鍵詞：煤層瓦斯抽采過程中煤層參數(shù)演化物理模擬實驗研究

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【摘要】：新形勢下我國煤炭工業(yè)的發(fā)展面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。國家對煤礦瓦斯治理工作高度重視的形勢下,我國煤礦瓦斯抽采工作卻存在著極大的技術瓶頸和困難。據(jù)統(tǒng)計,全國95%以上的高瓦斯和突出礦井開采的煤層屬于低透氣性煤層,滲透率多在10-3~10-4 md數(shù)量級,瓦斯抽采(特別是預抽)影響范圍小、衰減速度快、抽采難度大。但現(xiàn)有的瓦斯抽采技術無法有效解決低透氣性煤層高效抽采的難題,直接造成礦井瓦斯抽采率低下,“抽、采、掘”比例失衡。為治理瓦斯,低透氣性高突礦井不得不投入大量的人力、物力、財力用于瓦斯抽采,由于缺乏抽采技術的突破,或者是礦井發(fā)展步履維艱,抽采治理不徹底導致瓦斯超限頻繁、安全隱患嚴重、瓦斯事故頻發(fā),嚴重威脅煤礦安全生產(chǎn)。而煤層瓦斯抽采不僅能夠有效解決瓦斯災害問題,同時也有利于將瓦斯作為一種能源加以利用,可以減少溫室氣體的排放,達到環(huán)境保護的目的。由于目前對煤層瓦斯抽采過程中煤層參數(shù)的演化機理不甚了解,我國的煤層瓦斯抽采效果一直不理想。本文利用重慶大學自主研發(fā)的多場耦合煤層瓦斯抽采物理模擬實驗系統(tǒng),分別模擬了不同煤層受力條件、不同吸附性氣體條件和不同抽采方式條件下煤層瓦斯抽采物理模擬實驗,通過分析煤層瓦斯抽采過程中煤層參數(shù)的演化規(guī)律,從而為現(xiàn)場的瓦斯抽采工作中合理確定抽采參數(shù)提供了依據(jù)。主要研究成果如下:(1)在抽采瓦斯過程中,煤層氣體壓力在初期降低較快后期降低緩慢,并且距離鉆孔越近,氣體壓力下降速度越快;在各個層面、縱面及斷面上,煤層瓦斯等壓線均呈現(xiàn)出以鉆孔為中心的圓環(huán)形分布,距離鉆孔越近,瓦斯流速越大;地應力集中區(qū)和受采動影響較小的原始區(qū)的煤層滲透性較差,瓦斯抽采過程中,氣體壓力降低較慢,抽采難度大。(2)煤層變形受地應力、抽采位置、抽采時間和煤層氣體壓力等因素的共同影響,且抽采初期的煤層變形速率較大;煤層σ1方向的變形普遍大于σ2和σ3方向的變形,σ3方向的變形與煤層所受的地應力大小σ3呈正比;由于最先產(chǎn)生變形的煤層引起的泊松效應限制了距離抽采位置較遠煤層的變形量,所以距離抽采位置越近,抽采過程中煤層變形速率和最終變形量越大;煤層中的氣體壓力越大,煤層變形速率越快,在氣體壓力降低并趨于穩(wěn)定后,煤層變形達到一個穩(wěn)定狀態(tài)。(3)煤層瓦斯解吸吸熱導致煤層溫度下降,且溫度和流量具有很好的相關性,都表現(xiàn)出在抽采初期下降較快,后期下降緩慢,其中溫度隨時間的下降量符合對數(shù)函數(shù)關系;距抽采鉆孔越近,瓦斯解吸速度及溫度下降越快、溫度下降量越大,且垂直鉆孔方向的溫度梯度大于平行鉆孔方向的溫度梯度;初始氣體壓力越大,瓦斯解吸速度及煤層溫度下降越快、溫度下降量越大,而有效應力越大,瓦斯解吸速度及溫度下降越慢、溫度下降量越小,表明初始氣體壓力對解吸過程中煤層溫度的影響效果較地應力更加顯著。
【關鍵詞】：煤層瓦斯 抽采 氣體壓力 溫度 變形
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.6
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 問題的提出及研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 煤層滲透性研究現(xiàn)狀分析10-11
• 1.2.2 煤層瓦斯抽采研究現(xiàn)狀分析11
• 1.2.3 物理模擬實驗研究現(xiàn)狀分析11-13
• 1.3 研究內(nèi)容及技術路線13-15
• 1.3.1 研究內(nèi)容13-14
• 1.3.2 技術路線14-15
• 2 煤層瓦斯抽采物理模擬實驗方法15-31
• 2.1 實驗裝置15-18
• 2.1.1 模型相似比15-16
• 2.1.2 多場耦合煤層瓦斯抽采物理模擬實驗系統(tǒng)16-18
• 2.2 煤樣采集與煤試件制備18-24
• 2.2.1 煤試件制作19
• 2.2.2 煤粉粒徑配比優(yōu)化實驗研究19-20
• 2.2.3 型煤的物理力學性質測試20-24
• 2.3 實驗方案及實驗步驟24-31
• 2.3.1 實驗方案24-26
• 2.3.2 傳感器布設26-27
• 2.3.3 實驗步驟27-31
• 3 煤層瓦斯抽采過程中煤層參數(shù)的時空演化規(guī)律31-69
• 3.1 物理模擬實驗全過程中的地應力和進口端氣體壓力31-34
• 3.2 煤層氣體壓力的時空演化規(guī)律34-49
• 3.2.1 地應力水平改變對氣體壓力分布的影響34-44
• 3.2.2 氣體壓力改變對氣體壓力分布的影響44-49
• 3.3 煤層變形的時空演化規(guī)律49-59
• 3.3.1 地應力改變的煤層變形的影響49-54
• 3.3.2 氣體壓力改變對煤層變形的影響54-59
• 3.4 煤層溫度的時空演化規(guī)律59-69
• 3.4.1 地應力改變對煤層溫度演化規(guī)律的影響59-64
• 3.4.2 氣體壓力改變對煤層溫度演化規(guī)律的影響64-69
• 4 不同吸附性氣體對煤層參數(shù)演化的影響69-99
• 4.1 煤層氣體壓力69-88
• 4.1.1 時間演化規(guī)律69-78
• 4.1.2 空間演化規(guī)律78-86
• 4.1.3 不同吸附性氣體對煤層氣體壓力分布的影響86-88
• 4.2 煤層變形88-94
• 4.2.1 時間演化規(guī)律88-90
• 4.2.2 空間演化規(guī)律90-92
• 4.2.3 不同吸附性氣體對煤層變形的影響92-94
• 4.3 煤層溫度94-99
• 4.3.1 時間演化規(guī)律94-95
• 4.3.2 空間演化特性95-96
• 4.3.3 不同吸附性氣體對煤層溫度的影響96-99
• 5 不同抽采方式對煤層參數(shù)演化的影響99-121
• 5.1 不同抽采位置的影響99-111
• 5.1.1 煤層氣體壓力99-104
• 5.1.2 煤層變形104-108
• 5.1.3 煤層溫度108-111
• 5.2 不同抽采長度的影響111-121
• 5.2.1 煤層氣體壓力111-115
• 5.2.2 煤層變形115-117
• 5.2.3 煤層溫度117-121
• 6 結論與展望121-123
• 6.1 主要結論121-122
• 6.2 主要創(chuàng)新點122
• 6.3 后續(xù)研究工作展望122-123
• 致謝123-125
• 參考文獻125-131
• 附錄131

【相似文獻】

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本文編號：584128