煤層氣開采中煤儲層參數(shù)動態(tài)演化的物理模擬試驗與數(shù)值模擬分析研究.pdf

1、煤炭開采中瓦斯災害頻發(fā),煤層氣開采利用無疑對煤炭資源綜合利用、改善能源結(jié)構(gòu)和煤礦安全高效生產(chǎn)意義重大。然而,我國煤層氣產(chǎn)業(yè)面臨著“三高一低”等一系列技術(shù)開發(fā)瓶頸,且目前對于煤層氣運移特性尚不明晰,尤其是對煤層氣高滲富集和低滲運移規(guī)律的研究成為技術(shù)攻關(guān)的難點和重點。為進一步探索復雜地質(zhì)條件下煤層氣的運移規(guī)律,本文以重慶石壕煤礦K3煤層為研究對象,采用實驗室測試與理論研究、物理模擬試驗與數(shù)值模擬分析及工程應用相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地開展了煤基本

2、物理力學特性、煤層氣開采中煤儲層參數(shù)的動態(tài)演化特性、煤層氣開采中鉆孔噴孔演化過程及其動力效應等方面的研究,并結(jié)合巖石力學、多孔介質(zhì)滲流力學和傳熱學等理論知識,對多場耦合煤儲層系統(tǒng)中的煤層氣運移規(guī)律進行了有益的探討。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于相似理論,自主研發(fā)了―多場耦合煤層氣開采物理模擬試驗系統(tǒng)‖,該系統(tǒng)填補了煤層氣開采物理模擬試驗裝置的空白,并基于所開展的煤層氣開采物理模擬試驗研究,提出了煤層氣開采物理模擬試驗方法,為開展

3、煤層氣開采過程中煤儲層參數(shù)動態(tài)演化規(guī)律研究提供了一種新的手段。⑵開展了不同儲層壓力和不同鉆孔位置條件下的煤層氣開采物理模擬試驗研究,探討了煤層氣開采中煤儲層參數(shù)的時空演化特性,初步探明了儲層壓力和鉆孔位置對煤儲層參數(shù)演化和開采效率的影響作用機制,提出了預測和評價煤層氣開采效率的Weibull分布函數(shù)方法。⑶開展了不同氣體壓力、不同鉆孔直徑和不同煤儲層含水率條件下的鉆孔噴孔動力現(xiàn)象物理模擬試驗,研究了鉆孔破壞失穩(wěn)演化過程及其動力效應,揭示

4、了鉆孔噴孔過程中氣體壓力、溫度、噴孔傾向性、噴口強度、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制。⑷基于線性熱彈性假設,推導了包括熱應變、瓦斯壓力壓縮煤體引起的應變、煤體吸附瓦斯膨脹引起的應變及有效應力導致應變的含瓦斯煤總應變表達式,建立了含瓦斯煤系統(tǒng)孔隙率、裂隙率動態(tài)演化模型和考慮滑脫效應的孔隙、裂隙滲透率動態(tài)演化模型,進一步構(gòu)建了考慮氣體滑脫效應的含瓦斯煤系統(tǒng)THM耦合方程,給出了該耦合方程的定解