鉆孔抽放瓦斯固氣耦合數(shù)值模擬研究.pdf

1、煤炭是我國的最主要能源，瓦斯災害作為煤礦生產(chǎn)中最嚴重的災害之一，其防治不容松懈。鉆孔抽放瓦斯是我國治理和利用瓦斯最主要的方法，對其進行數(shù)值模擬研究具有重大的理論和實際意義。本文利用COMSOL Multiphysics軟件，選擇重慶能源投資集團松藻煤電公司打通一礦E2707對拉工作面為研究背景，主要工作有：
　　 ①從瓦斯在煤層中運移的實際過程出發(fā)，結(jié)合Terzaghi有效應力原理，建立了含瓦斯煤巖的變形場控制方程。分析了煤的變

2、形機制，結(jié)合孔隙率的定義，建立了含瓦斯煤巖中孔隙率的動態(tài)模型。利用Kozeny-Carman方程推導出了含瓦斯煤巖中滲透率的動態(tài)模型。通過質(zhì)量守恒定律，分析得到含瓦斯煤巖的連續(xù)性方程。最后，通過基本假設和方程以及連續(xù)性方程，得出含瓦斯煤巖的滲流場控制方程。建立了以變形場控制方程與滲流場控制方程為基礎的煤層瓦斯固氣耦合模型。
　　 ②驗證了固氣耦合模型的正確性。對不同條件下單孔抽放瓦斯運移變化的規(guī)律進行了研究。抽放初期瓦斯壓力變化

3、較大，瓦斯壓力梯度較大。隨著抽放時間的推移，抽放范圍逐漸擴大，有效應力逐漸增加，煤層孔隙率和滲透率逐漸減小，抽放難度加大。通過對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，有效抽放半徑與時間的關(guān)系。分析了不同埋藏深度條件下和不同抽放負壓條件下，瓦斯壓力、孔隙率以及滲透率的變化和分布。不同初始瓦斯壓力條件下，隨著煤層初始瓦斯壓力的降低，瓦斯壓力明顯減小，瓦斯壓力梯度逐漸減小，而孔隙率與滲透率逐漸增大，且二者的變化規(guī)律十分一