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作為一種新型的強化抽采瓦斯技術,在其作用機理、合理注氣參數等方面研究不足。本文采用理論分析、數值模擬和現場實測的手段,在研究注氣置換煤層瓦斯作用機理的基礎上,選擇合適的注氣氣源,采用數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、抽采負壓和布孔方式對其時效特性的影響,在井下進行現場試驗,驗證其與數值模擬結果的一致性。
　　首先,在總結國內外研究成果的基礎上,提出了注氣置換煤層瓦斯5個方面的作用機理,

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擴散-滲流速度和壓裂增透作用機理。通過分析注 CO2和 N2在置換煤層瓦斯機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象,且 CO2在瓦斯利用系統中會導致瓦斯失燃,抽采的瓦斯失去利用價值,因此,N2可作為該技術的優(yōu)選氣源。
　　其次,建

3、立了注氣置換煤層瓦斯的數學模型,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、抽采負壓和布孔方式對注氣效果的影響,結果表明: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底板位置為注氣置換煤層瓦斯的薄弱區(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;抽采負壓對置換煤層瓦斯效果影響不明顯,確定了合理抽采負壓為5-13kPa