水力化鉆孔徑向瓦斯?jié)B流特性實驗研究與應(yīng)用.pdf

1、針對單一低透氣性突出煤層區(qū)域防突問題,人們發(fā)展了多種水力化鉆孔卸壓增透抽采技術(shù),如水力沖孔、煤層注水、水力壓裂等,并取得了良好的應(yīng)用效果,但是對于技術(shù)措施中作用于含瓦斯煤體的水分對煤層瓦斯?jié)B流特性的影響機制缺乏深入的研究。本文圍繞多種水力化措施中水分影響作用的共性,通過實驗室試驗、數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗與應(yīng)用,系統(tǒng)研究了水力化鉆孔徑向瓦斯?jié)B流特性,并取得以下研究成果:
　　(1)自主研發(fā)了水力化鉆孔徑向瓦斯?jié)B流實驗系統(tǒng),可實現(xiàn)徑向穩(wěn)態(tài)

2、/非穩(wěn)態(tài)滲流實驗、煤層注水驅(qū)氣實驗、液態(tài)水潤濕及高壓注水煤樣等溫吸附實驗,同時可滿足不同覆壓、瓦斯?jié)B流壓力、氣體種類、鉆孔孔徑、含水率條件下徑向穩(wěn)態(tài)滲流實驗功能,以及不同注水流量下注水口壓力及邊界壓力的實時監(jiān)測。
　　(2)基于徑向穩(wěn)態(tài)滲流實驗,研究了瓦斯壓力、吸附作用、覆壓及鉆孔卸壓對煤體滲透率的影響規(guī)律。分析了煤層注水驅(qū)氣動力學(xué)過程,實驗測試了煤層注水驅(qū)氣過程中煤樣內(nèi)、外邊界壓力演化規(guī)律,提出了注水驅(qū)氣過程的四個階段;實驗研究

3、了覆壓、原始瓦斯壓力、注水流量等因素對煤層注水驅(qū)氣滲流特性的影響規(guī)律,并得出了注水鉆孔周圍煤體含水率分布規(guī)律。
　　(3)提出了水力化鉆孔徑向瓦斯?jié)B流物理模型,實驗研究了物理模型中水分影響區(qū)域內(nèi)煤體等溫吸附特性及孔隙特征;測試了水/CH4競爭吸附對煤體滲透率的影響規(guī)律,以此建立了水分影響下煤層瓦斯?jié)B透率的實驗室測定方法,最終構(gòu)建了CH4在濕煤中的滲透率預(yù)測模型,并通過實驗予以驗證。
　　(4)數(shù)值模擬了不同預(yù)抽時間、水力沖煤

4、孔徑、原始瓦斯壓力、滲透率模型下鉆孔徑向流場分布規(guī)律,驗證了水力化鉆孔徑向瓦斯?jié)B流特性。
　　(5)首次采用光纖光柵技術(shù)測試了不同水力沖煤孔徑鉆孔周圍煤體徑向變形規(guī)律,提出了通過徑向膨脹變形量指標分析鉆孔卸壓效果?，F(xiàn)場測試表明,采取水力沖煤措施10d后,距鉆孔中心1.35m~4.35m處煤體膨脹變形量為40.47‰~1.92‰,煤體孔徑由原來的160mm增加至579mm,鉆孔卸壓半徑擴大了1.71m。青東煤礦水力化鉆孔區(qū)域防突技術(shù)