煤層氣開(kāi)采動(dòng)態(tài)過(guò)程物理模擬研究.pdf

1、瓦斯動(dòng)力災(zāi)害嚴(yán)重影響著煤礦的安全生產(chǎn),同時(shí)作為一種清潔能源,瓦斯直接排放到大氣容易造成溫室效應(yīng),因此煤層氣的開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行。由于我國(guó)煤儲(chǔ)層低滲透性特點(diǎn),且對(duì)煤層氣開(kāi)采過(guò)程中煤儲(chǔ)層參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化機(jī)理不甚了解,我國(guó)的煤層氣開(kāi)采效果一直不理想。本文利用重慶大學(xué)自主研發(fā)的多場(chǎng)耦合煤層氣開(kāi)采物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng),分別模擬了不同地應(yīng)力、不同氣壓、不同抽采位置和不同抽采長(zhǎng)度條件下煤層氣抽采模擬試驗(yàn),通過(guò)分析煤層氣抽采過(guò)程中流場(chǎng)的分布變化借以探討抽采過(guò)程氣體

2、的來(lái)源以及裂隙場(chǎng)的分布;從抽采流量以及有效抽采范圍的動(dòng)態(tài)變化兩方面,分析各因素對(duì)抽采效果的影響;通過(guò)分析煤層各位置的氣壓變化、溫度變化和煤層應(yīng)變,探討煤層氣抽采過(guò)程中煤儲(chǔ)層參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化;為了解煤層氣抽采過(guò)程中煤儲(chǔ)層參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化機(jī)理,合理確定抽采參數(shù)提供了依據(jù)。主要研究成果如下:
　　(1)抽采前期,在抽采鉆孔斷面形成了以抽采鉆孔為中心的呈圓環(huán)分布的等壓線,煤儲(chǔ)層內(nèi)氣體主要向鉆孔內(nèi)流動(dòng);根據(jù)流速大小并結(jié)合地質(zhì)資料可以發(fā)現(xiàn)對(duì)氣體運(yùn)

3、移影響較為顯著的原始裂隙;隨著氣壓降低,地應(yīng)力增大,相同時(shí)刻流速減小。高應(yīng)力區(qū)的存在降低了氣體的運(yùn)移速度,阻礙了等壓線的擴(kuò)展,使高應(yīng)力區(qū)后方的煤層內(nèi)氣體流速緩慢,影響抽采效果。
　　(2)前期流量下降迅速,隨著抽采的進(jìn)行流量下降速度減緩,直至抽采結(jié)束;隨著地應(yīng)力的增大和煤層氣壓的減少,流量減少;影響流量的因素除了煤層的滲透性外還有臨近補(bǔ)充氣體的區(qū)域的大小。對(duì)流量貢獻(xiàn)最大的為抽采鉆孔周圍最靠近抽采口的位置。抽采有效區(qū)域是以鉆孔為中心

4、對(duì)稱分布,呈層狀擴(kuò)展;高地應(yīng)力區(qū)對(duì)抽采有效范圍的擴(kuò)展有阻礙作用。
　　(3)抽采前期氣壓下降迅速,隨著抽采繼續(xù)氣壓變化速度逐漸變慢,直至抽采結(jié)束。氣壓變化除了與地應(yīng)力有關(guān),還與補(bǔ)充氣源的區(qū)域大小有關(guān)。氣壓差的變化規(guī)律可以用擴(kuò)散解吸模型擬合,反映氣壓下降速度的參數(shù)b隨著抽采位置地應(yīng)力的增大和氣源補(bǔ)充區(qū)域的減少而減少;隨著抽采長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而增大。溫度變化與氣壓的變化有明顯的相關(guān)性,氣壓變化迅速,溫度變化迅速;氣壓變化大,溫度變化大;隨著

5、抽采位置所受地應(yīng)力的增大,抽采過(guò)程中溫度的變化量減少。
　　(4)煤層的壓縮變形和體積應(yīng)變都是在抽采前期變化迅速;煤層垂直方向的變形普遍大于水平和側(cè)向的變形且在垂直方向的應(yīng)變與煤層所受的地應(yīng)力大小呈正比;煤層最大壓縮變形體積應(yīng)變除了與孔隙壓力下降速度和下降量有關(guān)也與煤層原始應(yīng)力有關(guān),原始應(yīng)力和煤層氣壓越大,煤層變形量越大;抽采位置所受地應(yīng)力和抽采長(zhǎng)度越大,煤層變形量越大。因此在采用人工增透措施時(shí),人工裂縫面應(yīng)避免與最大主應(yīng)力的方向