钻孔注氮驱替煤层甲烷影响半径时效特性研究

发布时间：2023-08-17 19:58

　　注氮驱替煤层甲烷是强化抽采煤层瓦斯的一种新方法，是瓦斯治理的一种新理念。注气影响半径时效特性是井下注气促排煤层甲烷的一个重要参数。 本文首先在石港煤矿进行了煤层注气影响半径的现场试验和考查，测试煤巷两帮煤体在注气过程中排放孔的流量变化，通过流量的变化幅度来确定钻孔注气驱替煤层甲烷影响半径，现场试验结果表明，注气影响半径随注气时间的增加而增加，但不会无限增加，发现注气影响半径在煤层的层理方向和垂直层理方向上具有差异性。 依据瓦斯渗流理论、瓦斯扩散理论、多元气体竞争吸附理论、能量守恒理论以及理想气体状态方程，建立了注气驱替置换煤层甲烷模型，利用专业模拟软件Comsol Multiphysics，模拟了不同注气压力、不同注气时间下的注气影响半径，通过比对数值模拟结果与现场试验结果发现，两者结果基本吻合；在数值模拟结果的基础上研究了注气影响半径的时效特性，并定量分析了注气影响半径在煤层层理方向和垂直层理方向上的差异差存在形如△R=0.1195t^0.272的幂指函数关系。 对数值模拟结果进行回归分析，得到了在煤层透气性、注气钻孔孔径一定的前提下的注气影响半径R与注气时间t、...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 问题的提出及选题意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 注气驱替煤层甲烷国内外研究现状
        1.2.2 钻孔影响半径国内研究现状
    1.3 论文的研究内容
    1.4 研究思路与特色
    1.5 论文技术路线
2 钻孔注气影响半径及测试方法
    2.1 钻孔抽采影响半径/有效影响半径
    2.2 钻孔抽采影响半径/有效影响半径测试方法
        2.2.1 气体示踪法测试钻孔抽采影响半径
        2.2.2 压力法测试钻孔抽采有效影响半径
    2.3 钻孔有效排放半径测试方法
        2.3.1 流量测试法
        2.3.2 钻屑解吸指标测试法
    2.4 计算机数值模拟法
        2.4.1 渗流理论
        2.4.2 扩散理论
    2.5 钻孔注气影响半径测试方法
    2.6 本章小结
3 钻孔注气驱替煤层甲烷影响半径现场试验
    3.1 试验矿井概况
        3.1.1 区域防突措施现状
        3.1.2 局部防突措施现状
    3.2 钻孔注气驱替煤层甲烷工艺介绍
        3.2.1 注气驱替煤层甲烷概念
        3.2.2 注气驱替煤层甲烷气源确定
        3.2.3 注气驱替煤层甲烷的分类
        3.2.4 注气驱替煤层甲烷系统
    3.3 注气钻孔影响半径测试
        3.3.1 试验钻孔布置及参数
        3.3.2 试验钻孔参数
        3.3.3 注气影响半径结果及分析
    3.4 本章小结
4 钻孔注气驱替煤层甲烷影响半径数值模拟
    4.1 数学模型建立
        4.1.1 基本假设
        4.1.2 煤层瓦斯流动数学模型建立
        4.1.3 注气驱替煤层甲烷方程的定解条件
        4.1.4 数值模拟软件的确定
    4.2 钻孔注气有效影响半径数值模拟结果
        4.2.1 注气压力 0.5MPA 模拟情况
        4.2.2 注气压力 0.8MPA 模拟情况
        4.2.3 注气压力 1.2MPA 模拟情况
        4.2.4 注气压力 1.6MPA 模拟情况
        4.2.5 注气压力 2MPA 模拟情况
    4.3 数值模拟与现场试验对比
    4.4 层理方向和层理方向上注气影响半径的差异性模拟
        4.4.1 注气影响半径在层理方向和垂直层理方向的模拟
        4.4.2 模拟结果分析
        4.4.3 钻孔注气影响半径差异性分析
    4.5 影响注气影响半径因素
    4.6 本章小结
5 钻孔注气影响半径时效特性研究
    5.1 注气半径与注气时间的定量关系分析
    5.2 注气影响半径与注气时间、注气压力的定量关系
    5.3 注气孔的合理布置参数
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 工作展望
参考文献
作者简历
附件



本文编号：3842487