本文關(guān)鍵詞：基于吸附效應(yīng)的順層鉆孔抽采瓦斯?jié)B流規(guī)律數(shù)值模擬

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【摘要】：隨著我國(guó)煤礦開采逐年向深部沿伸,在構(gòu)造擠壓和剪切應(yīng)力的作用下部分煤層呈現(xiàn)出煤質(zhì)松軟、滲透性差、瓦斯壓力大的特點(diǎn),導(dǎo)致瓦斯治理難度也相應(yīng)增大。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下,瓦斯抽采是解決煤礦治理問題的一項(xiàng)根本性措施。本文主要是針對(duì)預(yù)抽煤層瓦斯?jié)B流特性,通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等手段綜合分析了基于吸附效應(yīng)下瓦斯壓力、滲透率等的變化規(guī)律,確定了煤層瓦斯預(yù)抽鉆孔合理間距,并進(jìn)行了工程現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證:(1)通過煤層瓦斯?jié)B流方程、煤層變形方程及Langmuir單分子層吸附方程,結(jié)合含瓦斯煤巖體滲透率動(dòng)態(tài)方程,構(gòu)造考慮瓦斯吸附效應(yīng)的瓦斯抽采固-氣耦合數(shù)值模型,并導(dǎo)入COMSOL Mutiphysics模擬軟件進(jìn)行計(jì)算;(2)針對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果,對(duì)不考慮吸附效應(yīng)與不同吸附常數(shù)(VL、PL)下瓦斯壓力、滲流速度,滲透率的變化規(guī)律進(jìn)行綜合分析,對(duì)瓦斯抽采進(jìn)行了區(qū)域劃分,研究在體積吸附常數(shù)和壓力吸附常數(shù)影響下抽采三個(gè)時(shí)間段的滲流規(guī)律。結(jié)合壓力分布的時(shí)空規(guī)律計(jì)算不同時(shí)間、不同吸附常數(shù)(VL、PL)下預(yù)抽鉆孔的有效抽采半徑;(3)根據(jù)模擬結(jié)果確定基于吸附效應(yīng)下實(shí)驗(yàn)工作面瓦斯預(yù)抽鉆孔間距,并針對(duì)工作面瓦斯涌出規(guī)律、回采情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的效果檢驗(yàn),并通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證分析瓦斯抽采治理效果。論文研究可為本煤層預(yù)抽鉆孔的布置提供依據(jù),對(duì)于提高煤層瓦斯抽采率、降低瓦斯?jié)舛扰c瓦斯超限機(jī)率,保證礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：瓦斯預(yù)抽 吸附效應(yīng) 滲透率 抽采半徑 固-氣耦合
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD712.6
【目錄】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 研究意義9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 煤層瓦斯?jié)B流與預(yù)抽采技術(shù)的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 瓦斯吸附-解吸機(jī)理研究10-12
• 1.2.3 耦合作用下滲流規(guī)律的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)14-15
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.3.2 研究目標(biāo)15
• 1.4 研究方案及技術(shù)路線15-17
• 1.4.1 研究思路15-16
• 1.4.2 技術(shù)路線圖16-17
• 2 吸附效應(yīng)下的瓦斯抽采固-氣耦合數(shù)學(xué)模型17-28
• 2.1 固-氣耦合作用下預(yù)抽瓦斯流動(dòng)過程17-19
• 2.2 模型的構(gòu)建19-24
• 2.2.1 基本假設(shè)19
• 2.2.2 主要控制方程19-23
• 2.2.3 定解條件23-24
• 2.3 數(shù)值計(jì)算原理以及離散24-27
• 2.3.1 有限單元法基本方程24-25
• 2.3.2 微分方程的離散25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 無(wú)吸附效應(yīng)的預(yù)抽煤層瓦斯?jié)B流特性數(shù)值模擬28-38
• 3.1 多物理場(chǎng)耦合軟件COMSOL Multiphysics選擇28-29
• 3.1.1 COMSOL Multiphysics簡(jiǎn)介28
• 3.1.2 COMSOL Multiphysics功能28-29
• 3.2 模型的建立29-30
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)背景29
• 3.2.2 幾何模型與網(wǎng)格劃分29-30
• 3.2.3 模型計(jì)算參數(shù)30
• 3.2.4 定解條件30
• 3.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析30-35
• 3.3.1 瓦斯壓力的變化規(guī)律30-31
• 3.3.2 滲透率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律31-33
• 3.3.3 滲流速度的變化規(guī)律33-35
• 3.4 抽采半徑的計(jì)算35-36
• 3.5 本章小結(jié)36-38
• 4 不同吸附常數(shù)下預(yù)抽煤層瓦斯?jié)B流特性影響數(shù)值模擬38-47
• 4.1 數(shù)值模型及模擬方案38-39
• 4.2 不同吸附常數(shù)下模擬結(jié)果分析39-43
• 4.2.1 不同吸附常數(shù)對(duì)滲透率的影響39-42
• 4.2.2 不同吸附常數(shù)對(duì)瓦斯壓力時(shí)空分布的影響42-43
• 4.3 不同吸附常數(shù)下預(yù)抽鉆孔有效半徑的計(jì)算43-45
• 4.4 本章小結(jié)45-47
• 5 工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用47-57
• 5.1 應(yīng)用礦井試驗(yàn)區(qū)概況47-48
• 5.1.1 礦井實(shí)驗(yàn)區(qū)基本概況47-48
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)工作面概況48
• 5.2 應(yīng)用礦井順層鉆孔孔間距布置方案48-50
• 5.2.1 鉆孔抽采半徑的確定48-49
• 5.2.2 鉆孔合理封孔深度的確定49-50
• 5.2.3 順層鉆孔其他參數(shù)50
• 5.3 工作面瓦斯涌出規(guī)律50-53
• 5.3.1 煤壁瓦斯涌出規(guī)律50-52
• 5.3.2 落煤瓦斯涌出量規(guī)律52-53
• 5.4 吸附效應(yīng)的設(shè)計(jì)方案的抽采效果53-56
• 5.4.1 鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯效果53-55
• 5.4.2 工作面瓦斯瓦斯防治效果55-56
• 5.5 本章小結(jié)56-57
• 6 結(jié)論與展望57-59
• 6.1 主要結(jié)論57
• 6.2 展望57-59
• 致謝59-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 附錄66

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