高压空气驱替煤层瓦斯数值模拟研究

《高压空气驱替煤层瓦斯数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、高压空气驱替煤层瓦斯数值模拟研究李浩然，王海锋（屮国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221008）摘要：高压空气驱替煤层瓦斯是消除煤与瓦斯突出事故的有效措施之一。本文分析煤层中气体的流动理论，在考虑煤多孔介质变形的基础上，分别建立了孔隙、裂隙系统中高压气体置换煤层瓦斯的数学模型。利用COMSOLMulti-physics模拟了高压气体在煤层中的流动，得到以下结论：煤层中的裂隙发育情况决定了高压气体的流动速率，煤层中的裂隙越多，煤层的原始的渗透率越高，高压气体在煤层中的流动越容易；气体在煤层中流动具有方向性：水平方向上的流动速率高

2、于竖直方向上的流动速率；相对于孔隙系统而言，裂隙系统在煤层孔隙率方面发挥着更重要的作用。关键词：煤基质；多物理场耦合；裂隙中图分类号：TD712TheNumericalSimulationofHighPressureAirReplacementCoalSeamGasLIHaoran,WANGHaifeng（（schoolofsafety,chinauniversityofminingandtechnology,JiangsuXuzhou221008）Abstract:Thehighpressureairreplacesseam

3、gasisoneofeffectivemethodstopreventcoalandgasoutburst.Thepaperstudiedtheseamgasflowtheoryandmathematicalmodelofmulti-physicssystemwhichcoupledthecoaldeformation,andalsoworkedoutthedynamicMathematicalModelbothintheporesystemandinthefracturesystem・Thecoupledmodelswere

4、implementedintheCOMSOLMulti-physics,inwhichthehighpressureairinjectedprocesswassimulated,andthefollowingconclusionswasgained:Theinjectionrateofhighpressureairwasdirectlydecidedbythefracturedevelopment,themoreamountoffracturesinthecoalseams,thehigheroftheinitialcoalp

5、ermeability,andgastransportationinthemwouldbemucheasier;Thegasseepagespeedinthefracturesystemhaddirectionality:Thegasseepagespeedoffracturesysteminthehorizontaldirectionisfasterthanthatintheverticaldirection;thefracturesystemplaysamoreimportantroleinthecoalpermeabil

6、itythantheroleofporesystem.Keywords:coalmatrix;multi-physicscoupling;fracture1引言随着煤矿开采深度的增加，煤层地应力增高、瓦斯压力增大，再加上煤层透气性低，瓦斯采前抽采困难，煤与瓦斯突岀和爆炸灾害日趋严重⑴。为了增大煤层的透气性、减少抽采钻孔工程量，有关科研机构研究和试验了多种水力增透和消除突出危险性的技术和方法，包括煤层注水、水力冲孔、水力冲刷、水力割缝、水力压裂等。这些水力化措施通过增大煤体的裂隙、提高煤层的透气性，改善瓦斯抽采效果；但同时也封闭

7、了吸附瓦斯解吸的通道，减少瓦斯解吸速度，从而削弱了瓦斯抽采效果

8、2・5］。为了增加低渗透性突出煤层的渗透性，消除煤层突出危险性，目前在一些不具备保护层条件的矿区煤层较多应用密集钻孔法来抽采煤层瓦斯，但这种方法工程量大、抽采量低、抽采时间长，矿井采掘接替紧张⑹。作者简介：李浩然（1987-）,男，硕士研究生，研究方向为矿井瓦斯防治通信联系人：王海锋（I979-）,男，副教授，研究方向为煤矿瓦斯治理.E-mail:wanghf@126.com针对我国煤层的实际情况，高压空气驱替煤层瓦斯应该被应用。它能够促进瓦斯解吸并驱赶瓦斯流向抽

9、釆钻孔，來提高瓦斯抽釆效果，防治煤与瓦斯突出。同时，可以降低抽采实际，增大钻孔间距，减少施工成本和周期。2机理原始煤层中气体处于自平衡状态，注入高压空气后，注入的气体首先在自身压力梯度的作用下通过煤层裂隙系统不断向煤层中运移，然后再向煤的基质中扩散。由于注入空气的性质和CH4