煤層氣開(kāi)采中煤儲(chǔ)層參數(shù)動(dòng)態(tài)演化的物理模擬試驗(yàn)與數(shù)值模擬分析研究.pdf

1、煤炭開(kāi)采中瓦斯災(zāi)害頻發(fā),煤層氣開(kāi)采利用無(wú)疑對(duì)煤炭資源綜合利用、改善能源結(jié)構(gòu)和煤礦安全高效生產(chǎn)意義重大。然而,我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)面臨著“三高一低”等一系列技術(shù)開(kāi)發(fā)瓶頸,且目前對(duì)于煤層氣運(yùn)移特性尚不明晰,尤其是對(duì)煤層氣高滲富集和低滲運(yùn)移規(guī)律的研究成為技術(shù)攻關(guān)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。為進(jìn)一步探索復(fù)雜地質(zhì)條件下煤層氣的運(yùn)移規(guī)律,本文以重慶石壕煤礦K3煤層為研究對(duì)象,采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與理論研究、物理模擬試驗(yàn)與數(shù)值模擬分析及工程應(yīng)用相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地開(kāi)展了煤基本

2、物理力學(xué)特性、煤層氣開(kāi)采中煤儲(chǔ)層參數(shù)的動(dòng)態(tài)演化特性、煤層氣開(kāi)采中鉆孔噴孔演化過(guò)程及其動(dòng)力效應(yīng)等方面的研究,并結(jié)合巖石力學(xué)、多孔介質(zhì)滲流力學(xué)和傳熱學(xué)等理論知識(shí),對(duì)多場(chǎng)耦合煤儲(chǔ)層系統(tǒng)中的煤層氣運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了有益的探討。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于相似理論,自主研發(fā)了―多場(chǎng)耦合煤層氣開(kāi)采物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)‖,該系統(tǒng)填補(bǔ)了煤層氣開(kāi)采物理模擬試驗(yàn)裝置的空白,并基于所開(kāi)展的煤層氣開(kāi)采物理模擬試驗(yàn)研究,提出了煤層氣開(kāi)采物理模擬試驗(yàn)方法,為開(kāi)展

3、煤層氣開(kāi)采過(guò)程中煤儲(chǔ)層參數(shù)動(dòng)態(tài)演化規(guī)律研究提供了一種新的手段。⑵開(kāi)展了不同儲(chǔ)層壓力和不同鉆孔位置條件下的煤層氣開(kāi)采物理模擬試驗(yàn)研究,探討了煤層氣開(kāi)采中煤儲(chǔ)層參數(shù)的時(shí)空演化特性,初步探明了儲(chǔ)層壓力和鉆孔位置對(duì)煤儲(chǔ)層參數(shù)演化和開(kāi)采效率的影響作用機(jī)制,提出了預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)煤層氣開(kāi)采效率的Weibull分布函數(shù)方法。⑶開(kāi)展了不同氣體壓力、不同鉆孔直徑和不同煤儲(chǔ)層含水率條件下的鉆孔噴孔動(dòng)力現(xiàn)象物理模擬試驗(yàn),研究了鉆孔破壞失穩(wěn)演化過(guò)程及其動(dòng)力效應(yīng),揭示

4、了鉆孔噴孔過(guò)程中氣體壓力、溫度、噴孔傾向性、噴口強(qiáng)度、噴出煤粉破碎性等的變化規(guī)律及其受氣體壓力、鉆孔直徑和含水率的影響特性和作用機(jī)制。⑷基于線性熱彈性假設(shè),推導(dǎo)了包括熱應(yīng)變、瓦斯壓力壓縮煤體引起的應(yīng)變、煤體吸附瓦斯膨脹引起的應(yīng)變及有效應(yīng)力導(dǎo)致應(yīng)變的含瓦斯煤總應(yīng)變表達(dá)式,建立了含瓦斯煤系統(tǒng)孔隙率、裂隙率動(dòng)態(tài)演化模型和考慮滑脫效應(yīng)的孔隙、裂隙滲透率動(dòng)態(tài)演化模型,進(jìn)一步構(gòu)建了考慮氣體滑脫效應(yīng)的含瓦斯煤系統(tǒng)THM耦合方程,給出了該耦合方程的定解