鉆孔抽采瓦斯的機(jī)理研究.pdf

1、我國的主要能源之一是煤炭。煤礦生產(chǎn)中，瓦斯爆炸，瓦斯突出事故影響煤礦的安全生產(chǎn)。因此如何安全抽放開采瓦斯是各個(gè)國家研究的重點(diǎn)內(nèi)容。鉆孔法抽采瓦斯是現(xiàn)階段我國治理瓦斯最重要的方式。
　　防治瓦斯的最基礎(chǔ)問題就是要弄清楚煤層中瓦斯的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本文結(jié)合瓦斯跟煤層本身所具有的一些特點(diǎn)以及有限元分析、流固耦合等理論，利用數(shù)值模擬方法，對瓦斯運(yùn)動(dòng)跟抽采進(jìn)行了理論的研究，一些結(jié)果如下:
　　(1)闡述了含瓦斯煤巖相關(guān)物理特性。從煤的變形機(jī)

2、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程中，游離瓦斯壓力變化較劇烈并對煤巖體產(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。論述了瓦斯運(yùn)移的相關(guān)參數(shù)。通過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?；谝酝募僭O(shè)和質(zhì)量守恒定律得出了瓦斯流固耦合控制方程。
　　(2)對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

3、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、孔隙率以及滲透率的變化和分布。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(shí)間的關(guān)系圖。分析了不同的初始滲透率對抽放瓦斯的影響，初始滲透率越大，瓦斯越易抽放。
　　(3)在陽泉礦區(qū)某煤礦回風(fēng)巷中進(jìn)

4、行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，在本煤層的同一抽放鉆孔中，對普通鉆孔抽放瓦斯、水力沖孔抽放瓦斯以及高壓水力割縫技術(shù)抽放瓦斯三種方案的比較。
　　水力割縫技術(shù)在煤體中再造裂隙，增大煤體在空氣中的暴露面積，同時(shí)形成瓦斯流動(dòng)通道，達(dá)到加快瓦斯解吸，提高瓦斯抽放效果。相較于普通鉆孔排放瓦斯，水力割縫技術(shù)使瓦斯排放量提高了4.11-4.34倍。
　　水力沖孔在本實(shí)驗(yàn)中實(shí)質(zhì)上沒有增大煤層實(shí)際裂隙，但在對鉆孔的沖孔過程中，沖刷掉封堵在鉆孔裂隙中的煤粉顆粒，也