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《水射流卸壓增滲及抽采瓦斯效果的滲流力學(xué)數(shù)值解》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第32卷第4期西安科技大學(xué)學(xué)報Vol.32No.42012年07月JOURNALOFXI’ANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYJul.2012文章編號:1672-9315(2012)04-0464-06*水射流卸壓增滲及抽采瓦斯效果的滲流力學(xué)數(shù)值解李志強,唐旭(河南理工大學(xué)河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點實驗室,河南焦作454000)摘要:為提高低滲煤體的瓦斯抽采性能,以重慶天府三礦為研究目標區(qū),采用低溫液氮吸附法和壓汞法測定了煤層孔隙結(jié)構(gòu),分析了重慶天府礦區(qū)煤體低滲的原因,結(jié)果表明,煤體
2、孔隙多為5兩端開口的平板狀、管狀孔,孔隙的連通性好,壓汞滲透率是原位煤體滲透率的2×10倍,煤體孔隙本身的滲透性較好,煤層低滲為高地應(yīng)力所致。進行了底板穿層鉆孔高壓水射流卸壓增滲試驗,試驗表明,卸壓后煤層滲透率增加了90倍,抽采率從17%提高到了58%,抽采量增加了4.8倍。建立了瓦斯抽采的滲流力學(xué)方程,解算了卸壓增滲透前后的不同抽采時間條件下的抽采半徑,優(yōu)化了合理布孔間距、抽采時間,為水射流卸壓抽采瓦斯效果評價提供了理論指導(dǎo)。關(guān)鍵詞:瓦斯;水射流;抽采;孔隙結(jié)構(gòu);滲流中圖分類號:TD713.2文獻標志碼:A0引言煤
3、層低滲透性是制約瓦斯高效抽采和煤層氣開發(fā)的主要瓶頸問題,卸壓增滲是當前瓦斯抽采的主攻[1-2]目標。煤層水射流割縫(擴孔)卸壓是煤層增滲的有效手段之一,其代表性研究有重慶大學(xué)李曉紅院[3-8]士、盧義玉教授系統(tǒng)地開展了高壓水射流破煤工程與理論研究,提出了高壓水射流沖擊效應(yīng)、剝蝕效[9-11]應(yīng)、空化效應(yīng)、應(yīng)力波效應(yīng)破煤機理,并發(fā)展了前后混磨料射流技術(shù);趙陽升教授開展了三軸應(yīng)力條件下的水射流割縫實驗,模擬了不同埋深的卸壓瓦斯抽采效果,開展了水力割縫條件下的固氣耦合滲流[12]理論與數(shù)值模擬研究;宋維源教授等人開展了水力
4、割縫的應(yīng)力分布數(shù)值模擬。水力割縫(擴孔)技術(shù)理論目前尚存在一些問題亟待解決,水射流卸壓增滲的適應(yīng)性有待研究,卸壓增滲后抽采達標所需時間、有效抽采半徑有待進一步的理論計算,這是射流參數(shù)選擇的必要依據(jù),也是評價射流增滲效果有效性的關(guān)鍵參數(shù)。文中從煤層孔隙結(jié)構(gòu)滲透性入手,分析了水射流增滲的適應(yīng)性,并建立了瓦斯抽采的滲流力學(xué)方程,以井下實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),模擬并對比分析了水射流卸壓前后抽采時間、有效抽采半徑,為水射流參數(shù)優(yōu)化選擇提供了理論指導(dǎo)。1煤層孔隙結(jié)構(gòu)測定及低滲原因分析煤層滲透性主要由煤層內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和外部溫壓條件2方面決
5、定,其中,孔隙結(jié)構(gòu)決定了煤層的致密程度,進而決定了煤層本身的微觀孔隙滲透能力;煤層的宏觀孔隙滲透性對應(yīng)力較為敏感。分析煤層的孔隙結(jié)構(gòu),可判斷出煤層本身的滲透能力,再對比井下受載條件下的實測透氣性,可判斷出煤層低滲的主控因素,進而決定采取何種措施提高滲透性。1.1低溫液氮及壓汞法孔隙結(jié)構(gòu)分析采用ASAP-2020低溫液氮吸附儀測定了重慶天府三礦K4煤層的孔隙結(jié)構(gòu),低溫液氮吸附法可測1.7~300nm的孔徑范圍,可分析煤的總孔容積、比表面積、孔徑隨相對壓力的吸附和脫附曲線,進而分析*收稿日期:2012-03-28基金項目
6、:國家自然科學(xué)基金青年基金項目(51004041);國家自然科學(xué)基金項目(41172141)通訊作者:李志強(1975-),男,山西陽泉人,博士,主要從事煤層氣開發(fā)及礦井瓦斯防治理論及技術(shù)研究.第4期李志強等:水射流卸壓增滲及抽采瓦斯效果的滲流力學(xué)數(shù)值解465煤中各種孔徑的大小和比例。測定結(jié)果表明,K4煤層的)2.03P平均孔徑為13.093nm,總孔容積為1.2358cm/g,其中,TS1.8gk1.6微孔占5.68%,小孔占89.38%,中孔占4.94%,比表面積3·1.4mtainfuK4-Adsorption
7、為0.5036m2/g.吸附與脫附線不重合,形成了吸脫附回(c1.2dtainfuK4-Desorptione1.0線,這種曲線形狀表明K4煤層的孔隙結(jié)構(gòu)為兩端開口的rbo0.8sd管狀孔、平行板狀孔,孔隙連通性較好(圖1)。壓汞法可A0.6ty0.4ti測定5.5~300nm的孔徑分布,并能測定迂曲因子、形狀na0.2uQ0.0因子、卸載后的滲透率等值,測定結(jié)果表明,壓汞滲透率為0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0-32-5-3RelativePressure(P/Po)8.85×10
8、μm,是井下實測滲透率(4.17×10×10μm2)的2.12×105倍,表明K煤層本身的滲透性較好。圖1K4煤層低溫液氮吸附與脫附回線41.2煤層低滲原因分析Fig.1AdsorptionanddesorptioncurvesofK4coal重慶天府礦業(yè)公司三礦K4煤層埋深900~1100m,seambylowtemperaturenitro