煤層瓦斯抽采過程中煤層參數(shù)演化物理模擬實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、新形勢(shì)下我國煤炭工業(yè)的發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。國家對(duì)煤礦瓦斯治理工作高度重視的形勢(shì)下，我國煤礦瓦斯抽采工作卻存在著極大的技術(shù)瓶頸和困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jí)，瓦斯抽采（特別是預(yù)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(shù)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

2、井不得不投入大量的人力、物力、財(cái)力用于瓦斯抽采，由于缺乏抽采技術(shù)的突破，或者是礦井發(fā)展步履維艱，抽采治理不徹底導(dǎo)致瓦斯超限頻繁、安全隱患嚴(yán)重、瓦斯事故頻發(fā)，嚴(yán)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(zāi)害問題，同時(shí)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(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。
　　由于目前對(duì)煤層瓦斯抽采過程中煤層參數(shù)的演化機(jī)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(xué)自主研發(fā)的多場耦

3、合煤層瓦斯抽采物理模擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，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：
　?、僭诔椴赏咚惯^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(gè)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

4、，瓦斯流速越大；地應(yīng)力集中區(qū)和受采動(dòng)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(yīng)力、抽采位置、抽采時(shí)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(yīng)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(yīng)限制了距離抽采位置較遠(yuǎn)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

5、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(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。
　?、勖簩油咚菇馕鼰釋?dǎo)致煤層溫度下降，且溫度和流量具有很好的相關(guān)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(shí)間的下降量符合對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)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?xì)怏w壓力越大，瓦斯解吸速度及煤層溫度下降越快、溫度下