煤层气排采中套压对产气量的影响

利用渗流理论,通过对陕西韩城WL1井组、山西晋城潘河示范区的排采数据以及煤层气排采动态资料的分析,将套压参数划分为3个类型.套压小于0.3 MPa时,地层处在泄压阶段,产气不稳定,是排采的初级阶段;套压为0.3～1.1 MPa时,排采曲线基本符合达西定律,为线性曲线;当套压大于1.1 MPa时,曲线反映的是二次函数,属于紊流状态,产气不稳定.实践表明,套压参数对产气量的影响很大,曲线类型的划分对煤层气的排采工作具有一定的指导意义.指出:线性曲线,基本符合达西定律.     

深部煤层采动区卸压煤层气地面钻井抽采特性

提出并利用地面钻井孔隙流体压力试验方法对煤层群采动区裂隙发育规律进行研究,并利用地面钻井抽采煤层气试验对此方法进行了验证。研究结果表明,在高度方向上,回采煤层顶板7~43 m范围处于导水裂隙带范围内;底板18 m左右,处于底板裂隙带内;在工作面推进方向上,裂隙在工作面后方120 m处充分发育,120 m以后裂隙逐渐被压实;地面钻井煤层气抽采纯量先后经历了抽采量下降区、上升区、相对稳定区以及衰减区4个过程,在工作面后方120~130m左右位置处抽采量达到最大值,与裂隙发育规律试验完全吻合。     

采动影响下地面井煤层气抽采技术研究

建立覆岩移动变形模型,分析了覆岩各岩层沉降变形及剪切变形特征,给出了套管在覆岩作用下的剪切、拉伸变形破坏形式,建立地面井"S"型剪切变形数学模型函数及离层拉伸变形数学模型;通过对采煤后覆岩裂隙形态的分析,根据采煤工作面瓦斯流动特征,获得了采动影响下瓦斯地面井布井基本原则,设计了采动影响下瓦斯抽采地面井结构,在晋煤集团成庄矿、寺河矿应用该技术,取得很好的抽采煤层气效果,解决了采煤工作面瓦斯治理难的问题,抑制了瓦斯超限,保障了煤矿回采的安全,取得了很好社会经济效果。     

采动对煤层渗透性的影响探析

通过研究回采工作面煤层渗透性随采动的变化规律,得出了在卸压区进行浅孔抽采和应力集中区抽采卸压的必要性和可行性。通过建立应力集中区节理演化模型,分析得出应力集中带煤层节理、裂隙发育受最大主应力方向、大小影响,进而影响局部渗透性变化。应力集中区瓦斯抽采钻孔应布置在局部渗透性增大区域。     

钻孔抽采过程中有效抽采半径变化规律数值模拟

根据煤层瓦斯流动方程、煤体变形方程以及孔隙率渗透率变化方程建立钻孔抽采耦合数学模型,通过COMSOL Multiphysics对原始瓦斯压力1.5 MPa和瓦斯压力下降到1 MPa钻孔抽采过程中瓦斯压力变化和渗透率变化规律进行模拟,利用模拟结果得到煤层在瓦斯抽采过程中钻孔有效抽采半径的变化规律。     

淮南矿区采动区地面井抽采参数变化规律研究

目前,淮南矿区在采动区地面井瓦斯抽采基础参数变化规律和基础理论研究方面尚有不足,经常遇到采动区地面井抽采产量不稳定、产气浓度变化较大以及产气高峰短等问题,而这些问题往往与布井、选层以及采动影响条件下煤储层渗透率等基础参数变化密切相关。因此,有必要加强基础理论研究,加强采动区地面井抽采参数变化规律的研究,为采动区抽采和产能预测提供理论基础。     

采动区地面井煤层气产能影响数值模拟研究

在建立了采动区瓦斯流动模型方程的基础上,以新疆1930煤矿24312工作面为工程背景,在煤层采动期间对抽采井不同井位、钻井直径、钻井深度的瓦斯抽采效果进行了模拟。计算结果表明：不同工况条件下的抽采井内流速、浓度明显不同,以360 d为抽采期限,当地面井距离回风巷侧壁30 m左右、终孔位于煤层中部、钻井直径210 mm的工况,在该条件下取得了最大的瓦斯抽采量。并以此数值模拟结果来指导运用24312工作面地面井施工,地面井经过180 d运行,回风巷瓦斯降至先前浓度的60%,上隅角瓦斯浓度降至52%。两侧瓦斯浓度下降明显,消除了工作面瓦斯超限的威胁。该模拟结果可为类似采动区地面井的布置提供参考。     

采动区瓦斯地面井抽采影响范围及流量变化规律研究

为解决煤矿采动区地面井布置间距目前大多依靠工程经验获得而缺乏科学理论根据的问题,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立了计算采动区地面井抽采瓦斯纯流量和瓦斯压力分布的三维数值模型。以岳城煤矿相关物性参数计算出符合实际情况的煤岩渗透率、孔隙率及瓦斯质量源项,以此为基础进行数值模拟。模拟分析结果表明,在数值模拟中地面井瓦斯抽采影响半径为65 m,地面井抽采瓦斯纯流量变化规律呈“单峰拖长尾”形态特点。若要实现采动区瓦斯抽采全覆盖,则在实际工程应用中地面井的间距应取130 m以上。研究结果对优化采动区地面井布置具有指导意义。     

采动影响下煤层瓦斯运移规律研究

煤层中的瓦斯流动是一个瓦斯气体运移与煤层固体变形之间相互耦合的复杂过程。以鹤煤三矿3号煤层4101工作面为研究对象,建立了双重孔隙特性瓦斯运移数学模型,借助有限元方法量化分析了气体运移、钻孔破坏之间的气固耦合现象,分析了塑性破坏对渗透率的影响,并利用Comosol研究了注入空气对瓦斯压力、流量的作用过程。现场试验表明,数值模拟所得结果较好地匹配了现场瓦斯压力结果,数据间的差异可能来自于对煤层赋存环境的理想简化,所建立抽采模型可以用于矿井抽采钻孔参数设计与抽采效果评价。     

突出煤层防突抽采量的确定

通过假设和公式推导,提出了一种确定突出煤层防突抽采量的方法。公式推导结果表明,突出煤层防突抽采量等于在1年时间内将设计生产能力的煤炭预抽达标所需的瓦斯抽采纯量乘以工作面面积不均匀系数K s。通过该方法可以计算出突出煤层防突抽采量,从而合理确定煤矿瓦斯抽采系统及设备。     

采空区下煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

基于古书院矿煤层的实际地质资料,利用RFPA2D分析软件对采空区下15#煤层开采覆岩破坏进行了模拟,观察开采后15#煤层坚硬顶板的裂隙发育状况,研究采动覆岩中三带的发育高度,并对结果从采场上覆岩层移动破坏规律、15#煤层顶板位移及应力变化特征方面进行了分析。通过对15#煤层三带分布研究,编制矿井冒落带和导水裂隙带高度的等值线图,确定15#煤层的导水裂隙带最大发育高度,预测在15#煤层回采过程中,9#煤层采空区积水下渗的可能性。根据裂隙发育情况,结合顶板岩性,为15#煤建立抽放系统、治理瓦斯的论证提供依据。     

煤层渗透率各向异性对本煤层瓦斯预抽影响规律的研究

针对新景矿8^#煤层透气性差,瓦斯抽采困难等问题,采用实验室测定和现场试验的方法,研究其渗透率各向异性对本煤层瓦斯抽采的影响规律。实验室测试结果表明：煤层渗透率沿走向最大,沿倾向次之,沿竖直方向最小,瓦斯渗流的优势方向与煤层走向平行。现场瓦斯抽采试验表明：与煤层走向夹角90°的钻孔平均瓦斯抽采流量达到0.11 m³/min,夹角30°的钻孔平均瓦斯抽采流量仅为0.015 m³/min,即钻孔与煤层走向夹角越大,抽采流量越大;抽采60 d后,钻孔与煤层走向夹角大的区域煤层残余瓦斯含量降幅较大。该研究成果对本煤层瓦斯预抽钻孔的合理布置,提高瓦斯抽采效率具有一定的指导意义。     

盘江矿区煤层透气性评价

在分析影响煤层透气性因素的基础上,利用钻孔径向流量法及其透气性系数计算公式对盘江矿区各开采煤层的透气性进行了评价,评价结果表明,盘江矿区目前开采的3,5,12,17,18号煤层均为低透气性煤层。     

采动影响下掘进巷道煤壁瓦斯涌出规律研究

利用有限体积法对薄及中厚煤层中掘进煤巷煤壁瓦斯涌出规律进行了数值模拟,研究了掘进巷道煤壁煤体应力重新分布过程中煤体渗透率动态变化对煤壁煤体瓦斯压力分布和巷道瓦斯涌出状况的影响,研究结果表明,煤巷煤壁内煤体渗透率决定着煤体瓦斯压力分布与煤壁瓦斯涌出速率,研究掘进巷道煤壁暴露之后全过程瓦斯涌出速率时应当考虑煤体渗透率的动态变化过程。     

低渗煤层气注热开采渗透规律研究

为分析低渗高储煤层注热开采时的渗透规律,通过实验室试验分析得出了山西许村煤矿3号煤在温度作用下渗透率发生巨变的渗透率临界阈值温度为350℃;通过理论分析得出了低渗储层注热开采的热-流-固数学模型,并基于该模型对热-流-固耦合作用下低渗储层注热开采的渗透规律进行了数值模拟研究,研究结果表明:随着注热时间的增加,储层渗透率也在不断的增大,当注热时间达到5 h时,储层渗透率较原始渗透率增加14倍左右,注热效果明显,5 h之后,注热对于储层渗透率的变化影响不大。     

煤层注水压力及渗透率分布规律数值模拟

为探究流固耦合作用下的煤层注水压力及渗透率分布规律,首先建立以广义达西定律为基础的数学模型。然后结合新安煤矿3402工作面实际情况建立几何模型,最后借助多物理场耦合模拟软件COMSOL,对煤层注水流固耦合数学模型进行计算求解。得出了各注水压力下,孔隙压力与渗流速度分布规律均为注水钻孔处最大,并以注水钻孔为中心呈椭圆状向四周递减,还得到了注水压力和注水时间与煤体渗透率的关系。     

孔隙气压对煤层气体渗透性影响的实验研究

运用瓦斯渗透测试设备,进行孔隙气压对煤体渗透性影响的实验研究。阐述了可控孔隙气压下煤渗透性实验的方法与过程,研究表明,煤的渗透率随孔隙气压增大而减小的特性是由孔隙气压变化引起滑脱效应和孔隙结构本身变化所致。     

厚煤层工作面煤壁瓦斯放散规律模拟研究

以一种散碎煤瓦斯涌出规律模拟试验装置为主要研究设备,以厚煤层的瓦斯放散规律为模拟研究对象,以探究厚煤层工作面采掘空间瓦斯来源为主要目的,对厚煤层的瓦斯放散规律、瓦斯压力对厚煤层瓦斯放散特性规律进行了模拟试验研究。结果表明:微结构的参与明显改变了厚煤层的瓦斯放散规律,导致其表现出明显的瓦斯放散速度急剧减小段、似指数关系、缓慢减小段的3阶段特性;厚煤层瓦斯放散规律曲线表现出的规律和厚煤层瓦斯的绝对放散量没有随瓦斯压力的改变产生明显变化,而瓦斯压力产生的影响主要表现在瓦斯放散速度的数值大小方面;瓦斯压力固定时,厚煤层工作面采掘空间在揭露新煤壁瞬间时的瓦斯浓度激增是由煤壁涌出瓦斯主导的;而在揭露新煤壁一段时间后,煤壁涌出瓦斯是采掘空间内的瓦斯浓度增加的主要原因;瓦斯压力不同的条件下,进行厚煤层采掘空间瓦斯来源分析时,不仅需要根据煤壁揭露的时间长短,还需依据工作面的瓦斯压力做出判断。     

顺层钻孔周围煤体透气性演化规律分析

基于景福煤矿钻孔测定瓦斯参数实践,运用数值模拟、理论分析结合煤体应力分布特征和煤层内瓦斯运移规律对钻孔内瓦斯运移规律进行了分析,结果表明:钻孔周围煤体可划分为卸压增透区(距钻孔中心0.095 m)、增压减透区(距钻孔中心0.139 m)和原始渗透区;在钻孔自然排放瓦斯初期,增压减透区为瓦斯排放的瓶颈;在钻孔排放瓦斯过程中,煤体骨架收缩变形,有效抽采区域增大至增压减透区以外;计算得出景福煤矿可进行瓦斯抽采。     

基于VC的煤层透气性系数的计算可视化

针对煤层透气性系数计算过程复杂的特点,介绍了以煤层透气性系数的两种计算方法为基础,以VC6.0作为开发平台的可视化设计.对两种算法通过实例进行结果对比,误差很小,并进行了人工计算,验证了其可靠性.