鉆孔抽放瓦斯流固耦合分析及數(shù)值模擬.pdf

1、煤炭是我國(guó)的主要能源之一。在煤炭的生產(chǎn)過(guò)程中，由瓦斯產(chǎn)生的災(zāi)害事故嚴(yán)重影響著煤礦的安全生產(chǎn)。同時(shí)，煤礦瓦斯又是一種熱值非常高的寶貴能源。
　　 我國(guó)煤層瓦斯儲(chǔ)量較大，其儲(chǔ)量大致與天然氣的儲(chǔ)量相當(dāng)。如何利用好治理好煤礦瓦斯是世界各國(guó)研究的重點(diǎn)。鉆孔抽放瓦斯技術(shù)是利用和治理瓦斯最主要的方法和途徑。
　　 瓦斯在煤層中運(yùn)移規(guī)律是煤礦瓦斯抽放或者瓦斯災(zāi)害防治研究領(lǐng)域中的基礎(chǔ)問(wèn)題之一，其對(duì)瓦斯的抽放等具有重要的理論和工程指導(dǎo)作用。

2、本文根據(jù)含瓦斯煤巖具有的特點(diǎn)，利用流固耦合、有限元分析相關(guān)理論，運(yùn)用數(shù)值模擬的方法，對(duì)煤層瓦斯運(yùn)移和鉆孔抽放瓦斯進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，得到了一些有益的研究成果：
　　 ①闡述了含瓦斯煤巖相關(guān)物理特性。從煤的變形機(jī)制出發(fā)，根據(jù)孔隙率的基本定義，考慮到鉆孔抽放瓦斯的過(guò)程中，游離瓦斯壓力變化較劇烈并對(duì)煤巖體產(chǎn)生變形的影響，建立了含瓦斯煤巖孔隙率的表達(dá)式。利用一系列假設(shè)和Terzaghi有效應(yīng)力理論，建立了含瓦斯煤巖體變形控制方程。論述

3、了瓦斯運(yùn)移的相關(guān)參數(shù)。
　　 通過(guò)Carman-Kozeny 方程推導(dǎo)出了含瓦斯煤滲透率的數(shù)學(xué)表達(dá)式。基于以往的假設(shè)和質(zhì)量守恒定律得出了瓦斯流固耦合控制方程。
　　 ②對(duì)不同條件下單孔抽放瓦斯運(yùn)移變化的規(guī)律進(jìn)行了研究。在瓦斯抽放初期,瓦斯壓力變化較大，瓦斯壓力梯度較大。隨著抽放時(shí)間的推移，抽放范圍逐漸擴(kuò)大，有效應(yīng)力逐漸增加，煤層孔隙率和滲透率逐漸減小，抽放難度加大。分析了不同埋藏深度條件下和不同抽放負(fù)壓條件下，瓦斯壓力、

4、孔隙率以及滲透率的變化和分布。通過(guò)對(duì)不同鉆孔半徑條件下抽放瓦斯的分析，得出了不同鉆孔半徑條件下，有效抽放半徑與時(shí)間的關(guān)系圖。分析了不同的初始滲透率對(duì)抽放瓦斯的影響，初始滲透率越大，瓦斯越易抽放。
　　 ③分析了在順層多個(gè)鉆孔抽放瓦斯條件下，瓦斯運(yùn)移規(guī)律。隨著抽放時(shí)間的延長(zhǎng)，各個(gè)鉆孔的抽放范圍不斷擴(kuò)大，鉆孔之間產(chǎn)生相互影響。對(duì)于不同鉆孔間距，間距越小，鉆孔之間的影響作用加強(qiáng)，煤層瓦斯壓力降低較快。
　　 ④同時(shí)對(duì)兩種不同的