根据煤层的孔隙率和渗透率的动态表达式派生,multiphysical场耦合数值模型的气体迁移交互作用下的应力场和渗流场成立。瓦斯抽放工程3号煤层由硅镁层煤炭工业有限公司有限公司被选为研究对象。在各种不同的排水时间排水洞的位置考虑,结合之前的硅镁层煤矿1207工作面,气体混合布局排水系统方案具有有效的钻孔间距是通过COMSOL多重物理量模拟。此外,一系列的现场工业试验进行了验证研究结果,揭示全面考虑煤的萃取时间和优化开采布局的孔可以有效提高工程经济效益。gydF4y2Ba
煤层瓦斯抽放是我的一个重要措施来控制气体(gydF4y2Ba
在这篇文章中,3号煤层的瓦斯抽放优化硅镁层煤炭工业有限公司路安集团有限公司进行了研究。基于煤层应力的变化、气体压力、气体吸附和解吸,往往产生重要影响煤层渗透率和孔隙度、煤层渗透率和孔隙度的动态表达式推导出用来建立移民multiphysical场耦合的数值模型的交互作用下应力场和渗流场。此外,在各种不同的排水时间排水洞的位置考虑,结合推进情况的硅镁层煤矿1207工作面,气体混合布局排水系统方案具有有效的钻孔间距由COMSOL获得多重物理量模拟。此外,进行了一系列现场工业试验的目的是验证研究。gydF4y2Ba
两种类型的气流在煤层已确定包括层流扩散流和针对不同类型的煤层(gydF4y2Ba
许多因素可以影响煤层气的运移,存储、地质条件等发生煤层,煤和岩石的力学性能,煤层渗透率和孔隙度,煤层气体的吸附容量,气体压力。在这些因素中,气体压力、气体吸附能力的煤层,煤层孔隙度,渗透率是主要的。气体压力的驱动力是煤层气体迁移而气体吸附能力决定煤层储存气体的能力。与此同时,孔隙度和渗透率是光滑的指标气体迁移在煤层gydF4y2Ba
3号煤层的瓦斯压力测定为0.31 MPa在硅镁层矿作为本研究的基本的气体压力,尽管气体压力测量保持低于0.74 MPa的临界值。气体吸附常数a和b的# 3煤层被确定在17.52米左右gydF4y2Ba3 /gydF4y2Bat和0.75 MPagydF4y2Ba1gydF4y2Ba,分别,这被认为是低,这表明3号煤层的气体吸附能力弱。在现场排水,可以采取几项措施促进排水和提取包括选择适当的负压引流孔,孔的布局的优化,促进气体的解吸,增加气体的扩散和迁移速度。gydF4y2Ba
在天然气开采过程中,气体往往是眠和迁移,使煤炭骨架应力变化,导致小变形,孔隙度和渗透率相应地改变。根据现有的研究和田间条件下硅镁层我和2 d模型的数值模拟计算,平面应变gydF4y2Ba
根据Kozeny-Carman公式,结合以前的动态表达式孔隙度、渗透率的修改后的动态表达式可以得到如下:gydF4y2Ba
本研究关注的是变形的煤层由于强加的力量和气体流量(gydF4y2Ba
瓦斯抽放孔形成的流场在一定的负压下径向流场gydF4y2Ba
气体的吸附内容所描述的是朗缪尔方程gydF4y2Ba
气体流量是由达西定律描述gydF4y2Ba
气体的渗流过程被认为是一种理想的等温过程gydF4y2Ba
煤层是各向同性的线性弹性变形,只有一个小gydF4y2Ba
水的影响在煤层瓦斯抽放是被忽视的gydF4y2Ba
考虑到上述假设,煤层气的渗流运动的理想气体应遵循如下列出的控制方程的气体流(gydF4y2Ba
气体在煤层通常需要两种形式包括自由州和吸附状态。尽管状态,源和煤层气体的总量保持不变。换句话说,气体迁移应该首先遵循质量守恒定律:gydF4y2Ba
气体渗流运动被视为理想气体,满足理想气体的状态方程:gydF4y2Ba
煤层是一种多孔介质,有许多孔隙和裂缝,在气体吸附状态和自由州的共存。朗缪尔方程描述气内容定义了瓦斯吸附和解吸瓦斯压力之间的关系:gydF4y2Ba
当压力梯度分布确定的煤层瓦斯压力,气体迁移会出现,这通常是一个线性渗流和遵循达西定律:gydF4y2Ba
天然气开采的过程中有两个物理现象包括液体和气体的渗流运动的微小变形煤。煤体的应力和变形导致孔隙特征变化,然后影响到气体渗流运动。因此,气体渗流往往改变煤的身体内的气体压力,导致不同有效应力。两种现象就像一个连锁反应的相互作用相互约束和影响。gydF4y2Ba
煤层孔隙度的动态表达式代入方程(gydF4y2Ba
煤层渗透率的动态表达式代入方程(gydF4y2Ba
用公式(gydF4y2Ba
公式(gydF4y2Ba
在建立数值模型之前,相关参数的确定是至关重要的。根据相关文献和地质力学测试,测试和调整系数后COMSOL多重物理量5.0内置模块,得到了模型中所使用的主要参数,如表所示gydF4y2Ba
模型参数。gydF4y2Ba
| 项目gydF4y2Ba | 象征gydF4y2Ba | 价值gydF4y2Ba |
|---|---|---|
| 气体密度(公斤/米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba | rhoggydF4y2Ba | 0.716gydF4y2Ba |
| 气体动力学粘度(Pa·s)gydF4y2Ba | 六世gydF4y2Ba | 1.08gydF4y2Ba |
| 等效压缩系数矩阵(1 / Pa)gydF4y2Ba |
|
2.18gydF4y2Ba |
| 流体压缩系数(1 / Pa)gydF4y2Ba | chifgydF4y2Ba | 1.3942gydF4y2Ba |
| 煤的密度(公斤/米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba | rhocgydF4y2Ba | 1470年gydF4y2Ba |
| 初始孔隙度的煤gydF4y2Ba |
|
0.0318gydF4y2Ba |
| 泊松比的煤gydF4y2Ba | μgydF4y2Ba | 0.33gydF4y2Ba |
| 初始渗透率煤(mgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
|
0.907gydF4y2Ba |
| 杨氏模量的煤(MPa)gydF4y2Ba |
|
3000年gydF4y2Ba |
| 初始煤气压力(MPa)gydF4y2Ba |
|
0.31gydF4y2Ba |
| 标准大气压力(Pa)gydF4y2Ba |
|
1.01gydF4y2Ba |
| Biot-Willis系数gydF4y2Ba |
|
0.801gydF4y2Ba |
# 3煤层原始瓦斯压力的硅镁层矿山为0.31 MPa。由于气体浓度测量误差大,原来的气体压力降低30%被选为标准的模拟,导致气体排水标准压力设定在0.22 MPa。gydF4y2Ba
为了提供直接指导现场施工,介绍了有效的钻孔间距的模拟。整个煤层的瓦斯压力可以减少最大钻孔间距值在标准压力值排水后一段时间。换句话说,通过数值模拟,可以确定最合理的钻孔间距值,这不仅符合减少气体压力的需要,也减少了现场施工的难度和成本。gydF4y2Ba
方法类似于“水桶理论”是用来计算的有效钻孔间距,旨在找出最低的地区钻孔抽水的叠加效应仿真计算模型,确保区域内的压力下降低于标准的价值。gydF4y2Ba
多孔弹性模块和达西定律模块(gydF4y2Ba
计算模型。gydF4y2Ba
作为显示在图gydF4y2Ba
单孔模型的仿真结果。gydF4y2Ba
| 单身生gydF4y2Ba | 有效排水半径(米)gydF4y2Ba | |||
|---|---|---|---|---|
| 孔直径gydF4y2Ba | 负压gydF4y2Ba | 90 dgydF4y2Ba | 180 dgydF4y2Ba | 360 dgydF4y2Ba |
| 95毫米gydF4y2Ba | 20 kPagydF4y2Ba | 0.45gydF4y2Ba | 0.57gydF4y2Ba | 0.72gydF4y2Ba |
| 95毫米gydF4y2Ba | 25个kPagydF4y2Ba | 0.46gydF4y2Ba | 0.57gydF4y2Ba | 0.73gydF4y2Ba |
| 95毫米gydF4y2Ba | 30 kPagydF4y2Ba | 0.46gydF4y2Ba | 0.58gydF4y2Ba | 0.74gydF4y2Ba |
| 95毫米gydF4y2Ba | 35个kPagydF4y2Ba | 0.47gydF4y2Ba | 0.59gydF4y2Ba | 0.75gydF4y2Ba |
| 95毫米gydF4y2Ba | 40个kPagydF4y2Ba | 0.47gydF4y2Ba | 0.60gydF4y2Ba | 0.76gydF4y2Ba |
| 95毫米gydF4y2Ba | 45 kPagydF4y2Ba | 0.48gydF4y2Ba | 0.61gydF4y2Ba | 0.77gydF4y2Ba |
| 113毫米gydF4y2Ba | 20 kPagydF4y2Ba | 0.48gydF4y2Ba | 0.60gydF4y2Ba | 0.76gydF4y2Ba |
| 113毫米gydF4y2Ba | 25个kPagydF4y2Ba | 0.48gydF4y2Ba | 0.61gydF4y2Ba | 0.77gydF4y2Ba |
| 113毫米gydF4y2Ba | 30 kPagydF4y2Ba | 0.49gydF4y2Ba | 0.62gydF4y2Ba | 0.78gydF4y2Ba |
| 113毫米gydF4y2Ba | 35个kPagydF4y2Ba | 0.49gydF4y2Ba | 0.62gydF4y2Ba | 0.79gydF4y2Ba |
| 113毫米gydF4y2Ba | 40个kPagydF4y2Ba | 0.50gydF4y2Ba | 0.63gydF4y2Ba | 0.80gydF4y2Ba |
| 113毫米gydF4y2Ba | 45 kPagydF4y2Ba | 0.51gydF4y2Ba | 0.64gydF4y2Ba | 0.81gydF4y2Ba |
| 133毫米gydF4y2Ba | 20 kPagydF4y2Ba | 0.50gydF4y2Ba | 0.63gydF4y2Ba | 0.80gydF4y2Ba |
| 133毫米gydF4y2Ba | 25个kPagydF4y2Ba | 0.51gydF4y2Ba | 0.64gydF4y2Ba | 0.81gydF4y2Ba |
| 133毫米gydF4y2Ba | 30 kPagydF4y2Ba | 0.51gydF4y2Ba | 0.65gydF4y2Ba | 0.82gydF4y2Ba |
| 133毫米gydF4y2Ba | 35个kPagydF4y2Ba | 0.52gydF4y2Ba | 0.66gydF4y2Ba | 0.83gydF4y2Ba |
| 133毫米gydF4y2Ba | 40个kPagydF4y2Ba | 0.53gydF4y2Ba | 0.67gydF4y2Ba | 0.84gydF4y2Ba |
| 133毫米gydF4y2Ba | 45 kPagydF4y2Ba | 0.53gydF4y2Ba | 0.67gydF4y2Ba | 0.85gydF4y2Ba |
根据表gydF4y2Ba
目前,通常采用萃取钻孔直径大小的at113毫米和133毫米直径的25个kPa和40之间kPa萃取压力。提取通常会消耗大量的时间,超过1年甚至2到3年。由于相对较厚煤在硅镁层密封,采用多个提取洞多个层。提取孔通常安排在三种方式包括三花风格,四朵风格,和five-flower风格,显示在图gydF4y2Ba
三安排排水洞。gydF4y2Ba
一些模拟各种条件进行包括提取钻孔直径113毫米和133毫米的抽汽压力下25 kPa, 30 kPa, 35 kPa, 40 kPa。提取时间被设定为360 d。计算的有效提取半径是显示在图gydF4y2Ba
有效孔之间的距离不同吸力下压力。gydF4y2Ba
提取的部分分为巷道。gydF4y2Ba
根据图gydF4y2Ba
罢工的1207工作面长度3号煤层的硅镁层我的是220的倾斜长度1092米。生产过程中,为了确保生产的安全性,进行了天然气开采。然而,这种泵方案单一而不考虑具体情况。gydF4y2Ba
如前所述,排水时间大大影响了瓦斯抽放。不同的排水时间应采取不同的排水洞布局方案,如不同钻孔间距或模式。没有。1207工作面先进、不同提取时间的不同位置中提取矿山巷道钻孔。在这种情况下,不同部分应该划分基于不同的提取时间,允许个人提取条件设计对应于不同的领域。gydF4y2Ba
根据行车速度的综合分析,工作面布局,和矿业采矿巷道的速度。1207工作面,考虑到排水效果,煤层瓦斯抽放的没有。1207工作面在仿真可以分为三个部分,如图gydF4y2Ba
平均萃取时间、负压和孔直径的三个部分,优化天然气开采的三个部分也详细研究。优化的计算模型的提取变化单列孔布局five-row模式洞布局,直到得到最优结果。根据提取的实验计划,整个的目标层的# 3煤提取0.22 MPa。gydF4y2Ba
第一部分的萃取时间和中间部分被设定为110天,210天,分别。根据仿真计算,煤层气体压力可以降低标准的价值在一个固定的时间内只有当five-flower布局采用。由于不同的提取时间,有效的钻井两部分不同的空间。仿真过程中的气体压力云图所示的数字gydF4y2Ba
气体压力云从模拟图。gydF4y2Ba
第一部分gydF4y2Ba
中间部分gydF4y2Ba
根据图gydF4y2Ba
的结构线值线图。gydF4y2Ba
值线图。gydF4y2Ba
根据图gydF4y2Ba
根据仿真结果,有效的钻孔间距值five-flower安排了两个部分,如表所示gydF4y2Ba
有效的在不同部分钻孔间距值。gydF4y2Ba
| 道路分割gydF4y2Ba | 提取时间gydF4y2Ba | 水平有效的钻孔间距值gydF4y2Ba | 纵向行间距gydF4y2Ba |
|---|---|---|---|
| 第一次分割gydF4y2Ba | 110 dgydF4y2Ba | 1.15米gydF4y2Ba | 2.20米gydF4y2Ba |
| 中间分割gydF4y2Ba | 210 dgydF4y2Ba | 2.45米gydF4y2Ba | 2.25米gydF4y2Ba |
最后部分的提取时间被设定为310天。仿真表明,煤层气体压力可以减少标准价值三花在一个固定的时间安排。仿真过程中的气体压力云图如图gydF4y2Ba
气体压力云图。gydF4y2Ba
同样,从图gydF4y2Ba
的结构线值线图。gydF4y2Ba
值线图。gydF4y2Ba
根据图gydF4y2Ba
仿真表明,水平有效的钻孔间距是2.00米的垂直行间距2.00米,三花图案布局采用最后一节。gydF4y2Ba
根据前面的计算结果,混合布局方案是专门为开发的瓦斯抽放。我1207工作面硅镁层。提出了如下所示的细节。gydF4y2Ba
在这个工业实践,回风巷道的没有。1207工作面被选中。而不影响原来的生产和提取,提取练习测试进行了在中间部分的450米~ 485米和750米~ 785米的最后部分回风巷道。根据前面的计算结果,具体方案如下:gydF4y2Ba
在450 ~ 485回风巷道的中间部分gydF4y2Ba
five-flower孔布局采用的负压35 kPa,直径133毫米,平均长度为161 m,水平钻孔间距为2.45米。纵向,上部排孔是5.55米的距离,孔的中间行3.30米的距离,和底部排孔1.05离开地板。gydF4y2Ba
在750米~ 785米的最后部分回风巷道gydF4y2Ba
三花洞布局采用的负压35 kPa,直径133毫米,平均长度为161 m,水平钻孔间距为2.00米。纵向,上层行和地板之间的距离是4.92米,与底行和地板之间的距离为1.68米。gydF4y2Ba
瓦斯抽放的工业性试验方案显示,排水钻孔煤层有效、均匀。中间的残余瓦斯含量和结束部分的空气巷道降低了31.24%和32.16%,分别分析气体含量减少了46.86%和49.81%,分别和煤层瓦斯压力降低45.03%和48.33%,分别。gydF4y2Ba
随着提取时间,提取的负压,并提取钻孔直径增加,有效提取单一的排泄孔的半径增加,展示一个积极的相关性。gydF4y2Ba
基于仿真的提案,包括一个有效的提取孔之间的间距。提议,提取孔排列基于有效排水洞的距离,采取不同的提取时间考虑巷道对应于不同的位置。gydF4y2Ba
云图,根据气体压力更大的压降是确定接近提取孔。气体压力保持稳定在达到阈值距离。gydF4y2Ba
气体压力随开采时间的增长,最后变得稳定。一些叠加效果已确定两个排水洞更密集的气体压降叠加区域。gydF4y2Ba
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。gydF4y2Ba
作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba
本文得到了优先级的学术程序开发江苏高等教育机构和重庆市自然科学基金,中国(批准号cstc2019jcyj-msxmX0633也没有。cstc2020jcyj-msxmX0972),九龙坡区科技计划项目,中国(批准号2020 - 02 - 005 - y)。gydF4y2Ba