含瓦斯煤固气耦合动力学模型及其应用研究.pdf

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1、第22卷第11期中国矿业Vo1．22，No．i12013年1i月CHINAMlNINGMAGAZINENov．2O13含瓦斯煤固气耦合动力学模型及其应用研究刘军，孙东玲，孙海涛，林府进(1．中煤科工集团重庆研究院瓦斯分院，重庆400037；2．瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037)摘要：渗透率是煤层气开发的关键因素，“动态渗透率”概念在煤层气开发中已得到广泛认可。基于固气耦合作用的基本理论、孔隙度的基本定义，以体积应变为桥梁，综合考虑吸附膨胀效应和Klinkenberg效应对煤体中瓦斯的运移影响，建立了含瓦斯煤体的固气耦合动力学模型。并以山西某矿本煤层单一顺层钻孔瓦

2、斯抽采为工程实例，结合该矿煤层赋存特征，借助COMSOLMultiphysics软件进行数值计算，获得该矿3煤层顺层钻孔抽采瓦斯的有效排放半径，并结合现场实际情况优化布置钻孑L。最终达到保证综放面安全生产的预抽率(25～3O)，既取得了良好的抽采效果，又节约了工程成本。关键词：固气耦合；膨胀效应；Klinkenberg效应；瓦斯抽采；瓦斯含量中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：1004—4051(2013)11一O126一O5Solid—gascouplingdynamicsmodelandit’Sapplicationresearchofcoalcontaininggas

3、LIUJun，SUNDong—ling，SUNHal—tao，LINFu-jin’(1．ChinaCoalScienceandIndustrygroupChongqingResearchInstitute，Chongqing400037China；2．NationalKeyLaboratoryofGasDisasterDetecting，PreventingandEmergencyControlling，Chongqing400037China)Abstract：Permeabilityisthekeyfactorofcoalbedmethane(CBM)development．Th

4、econcept“dynamicpermeability”hasbeenwidelyrecognizedinthedevelopmentofCBM．Thesolid—gascouplingmodelisestablishedbasedonthebasictheoryofsolid—gas，thedefinitionofporosity，whichusedvolumetricstrainastransfervariableandcomprehensivelyconsideredtheeffectofadsorptionexpansionandKlinkenbergonthecoa1．T

5、histhesissetsanexampleofthesinglebeddingboringgasextractioninthecoalmineinShanxiProvince．andcombineswithcoalseamcharacteristicsoftheresearchareaandtheCOMSOLMuhiphysicssoftwaretocarryoutnumericalcalculation．Consequently，theeffectiveradiusof3coalseamwithbeddingboringextractiongasisobtained，whichw

6、iththeactualsituationstooptimizethearrangementofgasextractiondrillinghole．Ultimately，thedrainagerate(25一30)offullymechanizedcavingfaceinsafetyproductionisensured．Notonlyforgreatextractioneffect，butalsoforsavingtheprojectcost．Keywords：solid—gascoupling；swelleffect；Klinkenbergeffect；gasextraction

7、；gascontent煤的渗透性是煤层气开发过程中关键因素，孔已得地面煤层气开发的广泛认可[1]。煤层气开发隙压力、有效应力以及基质收缩／膨胀对煤的渗透性中广泛应用的P-M、Seidle-Huitt模型和Shi—具有重要影响。“动态渗透率”这一关键性因数，Durucan模型，其共同点是假设煤岩体处于单轴应变状态以及竖向应力恒定的基础上，该假设的合理收稿日期：2013-01-25性有待商榷，特别研究采动影响下煤层开发，以上模基金项目：国家重点基础研究发展计划