网络设计模式的中缝气体提取参数用数学Modelling-Take Tangan煤矿为例

文摘

天然气开采是一种实用和有效的方法来保证挖掘过程的安全性和交付更大的环境效益通过减少温室气体排放和增加价值的清洁气体的供应资源。近年来它一直有效,但是它仍然有一系列的问题需要解决。天然气开采设计主要依靠工程经验而不是定量设计,导致投入产出比低,因为天然气开采不合理的设计。如何构建一个桥的工程师和科学家之间的交流是实现科学天然气开采的关键。在这工作,我们之前气煤和gas-coal-heat耦合模型作为理论基础,天然气开采一个新的沟通和设计concept-an工程设计平台对天然气提取提出使用网络模式。在通过平台,在线和离线服务中心之间的交互(科学工作者)和设计对象(企业或个人),如数据传输、材料审核、方案设计和评论,等等。它大大提高了天然气开采的效率和标准化设计。采用网络化平台,天然气开采工程参数定量设计3307年的工作面,Tangan煤矿。根据提取时间,工作面分为6提取单元。水井的数量是763,煤炭的开采能力为0.03 m / t,和每个单元的萃取率超过25%。 The networked mode of in-seam gas extraction design would transform the traditional experience to the quantitative mode.

1。介绍

Coal-gas-related总是包括煤气爆发和瓦斯爆炸事故严重威胁地下开采安全,造成巨大的财产损失和人员伤亡1- - - - - -4]。近年来,中国发生了许多重大coal-gas-related事故。例如,在2004年10月20日,一个严重的瓦斯爆炸引起煤气爆发发生在河南省衣冠楚楚的煤矿,导致148人死亡,32人受伤(5]。为了确保采矿过程安全,高水平的天然气在煤炭利用前要提取到一个安全的限制(6,7]。不仅是天然气开采项目中消除有两个和天然气有关灾害的根本措施,提高矿业安全也带来了宝贵的环境效益:减少温室气体排放,提供清洁能源和原材料的来源(8- - - - - -10]。2015年,国家安全生产监督管理总局发布了82号文件,其中包括10加强甲烷控制规定,如“在挖掘之前,天然气开采天然气开采挖掘后,和天然气提取标准。”2016年,煤层气勘探和开发行动计划是制定国家能源局的34号文件,它指出,到2020年的目标地下天然气开采产能将达到200亿米³在煤矿和利用率应该达到60%以上。中缝使用钻孔,天然气开采区域瓦斯灾害是最重要的技术措施控制和资源利用率在地下高天然气,煤气爆发矿山,已广泛应用11,12]。使用天然气开采中缝钻孔是一个复杂的过程,涉及的multiphysical耦合气体流,煤变形和温度传输(12- - - - - -16]。任何改变或没有任何物理过程会影响另一个物理过程的开放和进步(17- - - - - -20.]。许多学者已经建立了典型的数学模型,揭示了气固耦合煤层气流动机制,如Palmer-Mansoori模型(21],Shi-Durucan模型[22),和Zhang-Liu模型(23]。此外,其他模型的基础上,提出了天然气开采煤炭的交互过程变形、气体扩散和气体流量(23- - - - - -29日]。此外,气体压力的演化规律和有效开采煤层的半径数值研究了通过以上模型。考虑到流变特征,郝et al。30.)建立了一个seepage-stress耦合模型,揭示天然气开采的动态演化煤渗透率和天然气开采半径。基于气体潜在的和流动,吴(31日煤气流)建立了一个理论模型来研究煤层瓦斯解吸和迁移行为。

总之,一个伟大的进展在中缝multifield耦合模型和模拟气体提取。然而,少考虑了实际工程问题减少漏风造成的天然气开采的浓度在中缝水井(图1),导致大偏差预测与实际结果之间的天然气开采效果。抽象概念化系统的双孔隙度破碎煤煤是显示在右边的图1包括煤炭矩阵和煤炭骨折。矩阵块和断裂的边缘尺寸孔径为代表和 ,分别是骨折刚度,有效应力是(32]。根据2012年的调查问卷中,62%的predrained浓度下降到不到一个月30%,和66%在两个月内下降到低于16%。的桥梁,一个完全耦合的成分(煤层气体和空气)模型评估的质量提出了描述天然气开采泄漏行为在天然气开采(32,33]。随后,我们进一步扩展前面的模型来评估气体提取的质量和风险考虑leakage-induced氧化加热效应(15]。

事实上,尽管已经取得了巨大的成功在天然气开采机制,仍有很大的差距的现场应用,因为煤矿工人的理论水平的限制。目前,瓦斯抽放设计不合理,主要依靠工程经验,导致天然气开采的低投入产出比,甚至气体燃烧和爆炸。为了解决上述问题,迫切需要建立一个无缝的工人的技能和科学家之间的桥梁。最后,真正让科学计算领域尽情地上演。

2。通过网络交互无缝桥

2.1。桥梁设计和架构

如何构建的桥梁工程师和科学家之间的交流是实现准确的天然气开采的关键。在这里,一个新的通信concept-an天然气工程设计平台提取提出使用网络模式。通过该平台,只要煤矿工人给实际的数据和要求,科学的设计方案,通过这个平台将提供由天然气开采专业科技人员。计算中心的网络平台主要是基于我们之前的天然气开采模型,包括煤气耦合模型(32,33)和coal-gas-heat耦合模型(15]。上面的推导和验证数学模型可以发现在我们以前的工作15,32,33]。无缝沟通的理念架构和计算模型之间的桥梁工程师和科学家在图所示2。

它可以看到从图2设计对象(煤矿企业或个人)可以直接在线提交的基本参数数据到数据处理中心,包括气体发生、通风、和采矿参数。随后,中心工作人员将执行以下程序:初步筛选和处理数据,输入数据到计算中心,评估不同的工程参数下模拟天然气开采效果,并确定合理的开采方式和参数。平台,包括数据存储和计算中心,实现了过程数据的提交,审核和设计在线。它使煤矿企业远程提交煤矿的基本数据,跟踪和沟通设计建议。

2.2。设计平台

根据天然气开采的网络概念,服务平台主要包括四个部分:网络浏览器界面,用户模块,管理和设计模块和数据存储中心。用户模块主要提供原始设计数据,包括项目登记、数据输入、项目提交,和项目关闭检查;管理和设计模块主要包括数据审计、项目分配、项目设计和审计和项目提交。用户模块、管理和设计模块主要是通过Web浏览器界面交互和数据存储中心。服务平台的设计界面如图3(一个)和3 (b)。提交的主要参数项目网络图所示3 (c)。

服务平台的操作过程包括:(1)新项目设计对象的注册和登录。(2)数据导入,将我的概要文件和目标煤层,基本参数的目标煤层工作面通风参数,天然气开采矿山或煤层的历史。(3)项目提交。它主要指的是设计对象提交有关煤矿数据后台数据存储中心。(4)项目审计。主要指设计中心的技术人员分析数据的完整性和真实性,实现数据的进一步改善通过直接返回项目或互动交流。(5)项目分布。主要指设计中心的经理分配的完整的数据相关的项目设计技术人员完成设计报告。(6)方案设计。根据项目提供的基本信息,方案设计技术人员可以通过在互动在线和离线的集成通信技术与设计的联系人对象获得最完整的项目的基本信息。 The coal-gas or coal-gas-heat coupling model of gas extraction is applied and solved by COMSOL Multiphysics. Subsequently, the effect of gas extraction under different parameters is evaluated, and reasonable parameters of gas extraction engineering are determined. (7) Plan review. The project management personnel give the pretrial to the design plan of the project. After the pretrial result is ok, the relevant experts are further invited to conduct the plan demonstration of the project design. (8) Project closure. The final design report will be submitted after the examination and approval, including the design basis of the gas extraction project, the prediction method of extraction effect, and the design drawing of gas extraction parameters. (9) Tracking service of scheme. The networked information of measured field data is stored to provide the data analysis basis for the subsequent verification and optimization of the gas extraction scheme.

3所示。工程实例

3.1。概况

Tangan煤矿山西兰花科技创业有限公司(图4)是一种高气我的。基于网络设计平台的天然气开采,Tangan煤矿的基本数据是容易获得的在线和离线服务中心之间的交互(科学工作者)和设计对象(企业或个人)。3307年工作面倾向和趋势,分别为230米和1426米。轨道巷2148包括997米和1721米之间的保护煤柱open-off削减。层的平均厚度为6.0 m,矿业的高度是3.0米。根据矿井瓦斯来源的预测结果,3307年的工作面安全开采需要满足残余瓦斯含量小于6米³/ t。为了提高天然气开采的效率,液体有限公司₂爆破裂纹技术提出了提高天然气开采的影响。开裂的计划是建立一个在每两个提取水井压裂钻孔(如图5)。基本参数的天然气开采工作面3307表中列出1。

3.2。方案设计

3.3。提取单元划分

假设的提取单元1工作面从open-off最远的削减,其preextraction时间水井可以估计为: 在哪里工作面推进速度的;和钻孔之间的最远和最近的距离和open-off减少提取单元1。

假设钻孔之间的最远,最短的距离,open-off减少提取单元(> 1),分别和 ,和最近的preextraction时间最长和 ,分别。以下关系可以获得: 在哪里preextraction时间系数的区别是在同样的气体preextraction效果评价单位和值是0.3。

因此,天然气开采的初步设计时间是:

基于上述部门单位天然气开采原则,提取单位的部门在3307年的工作面是列在表中2。

3.3.1。提取参数对气体提取的影响

根据倾斜煤层工作面长度和厚度,钻孔的长度是115米,直径113毫米,钻孔的高度是1.9米。气体的物理边界提取如图6,在煤层瓦斯含量的分布在30,150年、400年和600年天如图7。从图可以看出7煤层的瓦斯含量随时间逐渐减少。例如,大部分地区的煤层的瓦斯含量减少到小于6米³/ t 400天后。

3.3.2。负压

气体的变化提取浓度和不同的负面压力下纯体积计算15 kPa, 20 kPa,分别和30 kPa。从图可以看出8,气体浓度和提取纯气体提取体积减少的时间。气体的浓度提取与负压的增加下降更快。然而,纯气体提取量基本上是相同的提取、负压下和负压被选15 kPa根据提取条件。

(1)密封长度。气体浓度和提取纯体积的变化随着时间在不同的密封长度是如图9(一个)和9 (b)。这表明当密封井眼的长度是12米,钻孔的天然气开采浓度明显高于密封9米和10米,而基本上是天然气开采的纯体积一样密封9米和10米。因此,密封井眼的长度应该是12米或更多。

3.3.3。钻孔间距

残余气体含量的变化随着时间的推移图10在不同控制井眼半径及其治疗措施。根据瓦斯抽放效果的预测,当煤层的瓦斯含量小于6米³/ t,它可以被定义为有效控制井眼半径从钻孔边缘气体含量小于6米³/ t。钻孔的空间和(如图5)为每个提取单位更正为:

提取工程参数的原理图设计,工作面3307如图11。瓦斯抽放效果的预测表如表所示3。从表3,可以看出,气体萃取率每个萃取单元的煤层是25%以上,符合标准要求。

4所示。结论

(1)一个新的沟通和设计concept-an气体提取提出工程设计平台。通过这个平台,在一系列的在线和离线服务中心之间的交互(科学工作者)和设计对象(企业或个人)可以完成,数据传输等材料评审,方案设计和评审(2)定量设计参数可以计算使用我们之前的烟煤或天然气开采gas-coal-heat耦合模型。它大大提高了天然气开采的效率和标准化设计(3)网络设计模式的中缝气体提取参数使用数学模型应用在Tangan煤矿3307工作面。它改变了传统的天然气开采的定量模式设计经验。因此,挖掘过程的安全性和环境效益Tangan煤矿获得巨大的性能提升

数据可用性

上可用的数据请求。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由美国国家科学基金会支持的中国(52074284)、中央大学和基础研究基金(2020 zdpyms06)。

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