順層鉆孔注氣置換煤層瓦斯時效特性研究.pdf

1、注氣置換煤層瓦斯技術(shù)作為一種新型的強(qiáng)化抽采瓦斯技術(shù),在其作用機(jī)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(shí)測的手段,在研究注氣置換煤層瓦斯作用機(jī)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(fù)壓和布孔方式對其時效特性的影響,在井下進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),驗(yàn)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(jī)理,

2、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(kuò)散-滲流速度和壓裂增透作用機(jī)理。通過分析注 CO2和 N2在置換煤層瓦斯機(jī)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,N2可作為該技術(shù)的優(yōu)選氣源。
　　其次,建

3、立了注氣置換煤層瓦斯的數(shù)學(xué)模型,采用COMSOL Multiphysics軟件模擬注氣置換煤層瓦斯的時效特性及注氣壓力、抽采負(fù)壓和布孔方式對注氣效果的影響,結(jié)果表明:在一定條件下,煤層瓦斯含量隨注氣時間增加逐漸下降,注氣孔附近靠近煤層頂?shù)装逦恢脼樽庵脫Q煤層瓦斯的薄弱區(qū)域;注氣壓力越大,煤層相同位置的瓦斯含量下降越快,消突周期越短,確定了合理注氣壓力為0.5MPa;抽采負(fù)壓對置換煤層瓦斯效果影響不明顯,確定了合理抽采負(fù)壓為5-13kPa