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《岩土力学》2017,(11)
为了研究煤层瓦斯流动过程中温度与渗流场和应力场的耦合作用变化规律,引入煤层瓦斯两能态吸附热理论,重新构建煤层温度场控制方程,推导了温度场控制方程中解吸微分热能项的理论求解方法,改进了煤层瓦斯流动的热-流-固多场耦合数学模型;从理论上阐述了煤层瓦斯流动过程中吸附解吸、应力场、温度场、渗流场相互影响的作用机制;利用该模型研究了煤层瓦斯抽采过程中煤层瓦斯流动时的煤层温度、瓦斯压力、煤层渗透率的变化规律;结合已有试验研究结果,对比验证了模型的精确性和合理性;研究结果表明,在煤层瓦斯抽采过程中,煤层温度下降的快、慢受煤层原始瓦斯含量和压力及煤层渗透率的共同影响,煤层渗透率越大,温度下降越快,煤层瓦斯压力和含量越大,温度下降越快;同时,煤层渗透率随抽采时间的增长而增加,越靠近钻孔壁面煤层渗透率增加幅度越大。 相似文献
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平煤五矿己15煤层为低瓦斯煤层,下伏己16-17煤层为高瓦斯煤层,相对层间距比例1.0-4。己16-17煤层煤厚3.5m,为主采煤层。为降低己16-17煤层的瓦斯压力,实现安全高效生产,该矿以已15煤层为保护层,采用上保护层开采技术改变具有突出危险的煤层瓦斯赋存状态,降低被保护层的瓦斯压力。基于多孔介质流体流动理论,利用有限元数值模拟技术,模拟平顶山五矿超近上保护层的开挖过程,分析被保护煤层的瓦斯流动过程和煤层瓦斯压力的变化规律,论证保护层开采技术可以改变高突、高瓦斯煤层瓦斯赋存状态的可行性。 相似文献
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掘进工作面瓦斯流动规律数值模拟分析 总被引：1，自引：0，他引：1
研究煤层巷道掘进过程瓦斯流动规律对认识掘进巷道瓦斯涌出规律和瓦斯治理具有重要的理论意义和现实意义。本文通过建立流固耦合模型,考虑煤与瓦斯流固耦合作用,进行了不同掘进长度,掘进工作面瓦斯压力分布规律,瓦斯压力梯度改变以及瓦斯流动规律的数值模拟研究。研究表明,掘进巷道周边煤层瓦斯压力随煤壁暴露时间的增长逐渐降低,采掘活动对工作面前方煤体的影响范围达30m。并且越靠近煤壁瓦斯压力梯度越大,在距离巷帮5m范围内,瓦斯压力变化幅度最大。煤壁瓦斯流速随巷道掘进长度的增加先增加后减小,最后瓦斯流速趋于稳定。掘进工作面瓦斯流动规律的研究为矿井瓦斯治理提供安全可靠的依据,保证矿井安全生产。 相似文献
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研究抽采过程中瓦斯运移特性有助于了解抽采气体来源、不同位置对抽采效果的贡献及抽采降压规律,为合理确定抽采时间、设计抽采位置和钻孔长度等提供依据。利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了卸压区不同钻孔长度条件下瓦斯抽采的物理模拟试验,分析了抽采过程中煤层瓦斯运移相对速度和方向特征。研究结果表明：抽采前期和钻孔周围区域分别是抽采量主要贡献时期和区域,瓦斯压力梯度大,流动快。卸压区瓦斯流动相对速度最快,应力集中区使得瓦斯相对流动速度衰减加速,且对原始区的瓦斯流动形成一道屏障,使其相对流动速度趋于0。随着抽采时间的增加,瓦斯相对流动速度逐渐衰减,对于瓦斯运移方向而言,抽采一旦开始便在煤层中形成了较为固定的运移通道,但在抽采后期和钻孔深部区域,由于瓦斯压力梯度小,流动缓慢,运移方向的不稳定性增强。而随着钻孔长度增加,卸压区内瓦斯相对流动速度表现出增大的趋势,因此,适当增大卸压区钻孔长度将有利于现场瓦斯开采。 相似文献
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以邯峰矿区53个钻孔中2#煤层资料为基础数据进行线性回归分析,首先初步确定原煤水分、挥发分、灰分、煤厚、煤层倾角、埋深、顶板(岩性、厚度)和底板(岩性、厚度)等因素与煤层瓦斯含量的相关程度,并将其定量化,经一元线性拟合筛选,删除对2#煤层瓦斯含量影响较小的灰分和底板因素,对余下因素再进行多元线性拟合,建立2#煤层瓦斯含量与2#煤的水分、挥发分、埋深、煤厚、煤层倾角和顶板(岩性、厚度)的多元线性回归方程。经检验该方程较好地表达了瓦斯含量与相关因素的定量关系,预测值与实测值接近,可作为邯峰矿区预测其它钻孔2#煤层瓦斯含量的数学模型。 相似文献
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基于云驾岭煤矿瓦斯涌出量异常变化的现象,收集地质勘查及煤矿生产期间揭露的地质构造及瓦斯信息,运用瓦斯地质理论,从煤层瓦斯生成、运移、储存的角度,研究岩浆岩侵入、煤层埋深和断层等地质因素对2号煤层煤质、生烃能力、煤层渗透性、瓦斯含量等参数以及煤层瓦斯赋存的影响。研究结果表明岩浆侵入提高了2号煤层的变质程度、瓦斯储集能力和渗透性,促进了煤层二次生烃,同时岩浆热液产生的高温高压作用使煤层瓦斯大量逸散;岩浆侵入对煤层瓦斯的生成、运移和储存均产生了影响,是煤层瓦斯赋存的主要控制因素,断层特征及分布影响了瓦斯的储存和运移,煤层埋深影响了瓦斯的储存,断层和煤层埋深是煤层瓦斯赋存的一般影响因素。 相似文献
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This paper presents the development of a mathematical model for methane gas migration in coal seams. The major focus of this model is the coupling between the gas flow and deformation of solid coal. The effect of diffusion of adsorbed methane gas from the solid matrix to the voids has been taken into account. The adsorption of gas in the coal seam causes a two-phase state of gas flow. The governing equation for the two-phase gas flow is a non-linear partial differential equation with non-linear boundary conditions. A finite element model has been developed for simulation of the distribution of pressure and concentration of methane gas due to gas migration in coal seams. 相似文献
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煤层注水的水气驱替理论研究 总被引：7，自引：0，他引：7
煤层注水是世界上煤矿矿井防治冲击地压的首选措施。而注水时间、流量、压力等注水工艺参数选择是决定注水防治冲击地压效果的关键。煤层注水过程中水在煤层中渗流的规律是选择注水工艺参数的理论依据。由于煤层孔隙、裂隙中充满气体,煤层注水实际上是水替代气的水驱气的渗流过程。但迄今为止的研究均视为水在煤体中渗流的研究。与实际相距甚远。论文首先分析了煤层注水防治冲击地压的机理,注水使得煤层软化,达到峰值强度后煤体抵抗变形能力随应变降低的幅度减小,即强度后应力-应变曲线变缓。然后根据煤层注水是水驱气过程,将煤层注水视为水气驱替的有动界面的渗流问题研究。将煤层视为各向同性的孔隙介质,分别按照水驱气由钻孔径向周边流动的平面径向流和由钻孔沿煤层平行流动的平面平行流两种情况,建立了水驱气的微分方程,给出了定解条件,并进行求解,得到了不同时间水锋面到达的位置即水注满煤层孔隙的范围。从而可以根据需要注水的范围求出需要提前的注水时间和注水量。为煤层注水预防冲击地压的工艺参数选择提供了科学依据和理论支撑。 相似文献
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Numerical simulations for coupled rock deformation and gas leak flow in parallel coal seams 总被引：3，自引：0，他引：3
Peide Sun> 《Geotechnical and Geological Engineering》2004,22(1):1-17
Based on the new viewpoint of interaction mechanics for solid and gas, gas leakage in parallel deformable coal seams can be
understood. That is, under the action of varied geophysical fields, the methane gas flow in a double deformable coal seam
can be essentially considered to be compressible with time-dependent and mixed permeation and diffusion through a pore-cleat
deformable, heterogeneous and anisotropic medium. From this new viewpoint, coupled mathematical models for coal seam deformation
and gas leak flow in parallel coal seams were formulated and the numerical simulations for slow gas emission from the parallel
coal seams are presented. It is found that coupled models might be close to reality. Meanwhile, a coupled model for solid
deformation and gas leak flow can be applied to the problems of gas leak flow including mining engineering, gas drainage engineering
and mining safety engineering in particular the prediction of the safe range using protective layer mining where coal and
gas outbursts can efficiently be prevented.
This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date. 相似文献
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High gas pressure gradients in coal seams play an important role in the occurrence of outbursts during underground coal mining. Excess stress resulting from body forces due to high pressure gradients contributes to the structural failure of coal. We present a one-dimensional model of a dry, rigid coal seam with a moving mine face and determine gas pressures by solving the nonlinear equation for gas flow in a porous medium. An implicit finite difference scheme is used. Since the structure of coal has a dual porosity nature, we consider flow through both the macropores and the micropores. We investigate the effect of changes in mining velocity, idle mining periods and coal properties on the pressure profile in the coal seam. When the yield zone behind the moving mine face is taken into account, the greatest body force occurs on the least competent section of the coal seam. 相似文献
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From the viewpoint of interaction mechanics of solid and gas, a coupled mathematical model is presented for solid coal/rock‐mass deformation and gas leak flow in parallel deformable coal seams. Numerical solutions using the strong implicit procedure (SIP) method to the coupled mathematical model for double parallel coal seams are also developed in detail. Numerical simulations for the prediction of safety range using protection layer mining are performed with experimental data from a mine with potential danger of coal/gas outbursts. Analyses show that the numerical simulation results are consistent with the measured data on the spot. The coupled model shows a positive future for applications in a wide range of gas‐leak‐flow‐related problems in mining engineering, gas drainage engineering and mining safety engineering. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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随机分布裂隙煤岩体模型及其应用 总被引：6，自引：1，他引：5
煤层中随机裂隙展布模拟技术是瓦斯抽放数值模拟中的关键技术。利用Monte-Carlo模拟技术模拟实际煤岩裂隙的随机性,建立了随机分布裂隙煤岩体模型,并在Matlab平台下开发了二维随机裂隙煤岩体生成程序RFSS 2D。在煤岩实测数据和统计分析的基础上,利用编制的程序不仅能生成与实际煤岩具有相同统计分布裂隙网络的虚拟煤岩体,而且能实现有限元网格自动剖分。以辽宁某瓦斯抽放试井作为数值算例,依据实测和统计数据建立了随机裂隙分布的煤岩体模型,模拟了瓦斯压和应力的演化规律,结果表明,与瓦斯抽放井连通的裂隙对瓦斯运移影响很大,与瓦斯抽放井不连通的裂隙对瓦斯运移也有影响,但影响有限。 相似文献
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针对黄陇侏罗纪煤田中硬煤层渗透性差、瓦斯抽采浓度及流量衰减速度快等问题,利用自主研发的水力压裂成套工艺设备,提出煤层定向长钻孔水力压裂瓦斯高效抽采技术,并在黄陇煤田黄陵二号煤矿进行工程应用试验。现场共完成5个定向长钻孔钻探施工,单孔孔深240~285 m,总进尺1 320 m;采用整体压裂工艺对5个本煤层钻孔进行压裂施工,累计压裂液用量1 557.5 m3,单孔最大泵注压力19 MPa;压裂后单孔瓦斯抽采浓度及百米抽采纯量分别提升0.7~20.5倍、1.7~9.8倍;相比于普通钻孔,压裂孔瓦斯初始涌出强度提升2.1倍,钻孔瓦斯流量衰减系数降低39.6%。试验结果表明:采取水力压裂增透措施后,瓦斯抽采效果得到显著提升,煤层瓦斯可抽采性增加,为类似矿区低渗煤层瓦斯高效抽采提供了技术支撑。 相似文献
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为了查明河南省不同构造区内二1煤层中气体的流动特征和煤体受构造变形分异后的独特性,采用实验数据分析、瓦斯地质和渗流学理论,研究煤中孔容分布、孔径受应力影响后的变化以及煤体强度受构造应力作用下的变形和破坏特点。结果表明,煤层中甲烷连续流型占优的排序为:太行构造区、崤熊构造区、嵩萁构造区。煤中甲烷流型差异受区域构造变形体制控制,太行构造区的拉伸变形导致煤体强度值域分布广,最大体应变大于其他区域;嵩萁构造区的重力滑动、剪切和伸展变形使煤体强度和孔隙率最低、最大体应变最小;崤熊构造区内煤体的最大体应变介于两者之间。该结论对河南省煤层气开发有指导意义。 相似文献
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利用钻孔资料预测矿井未采区煤层瓦斯含量 总被引：3，自引：0，他引：3
利用矿井采掘区煤层瓦斯含量实测值,在瓦斯地质定性分析基础上,通过丰富翔实的钻孔资料建立井田未采区适用的煤层瓦斯含量预测公式,从而达到对井田煤层瓦斯含量预测的目的。为大型低瓦斯矿井煤层瓦斯含量预测提供了思路和方法。 相似文献