钻孔瓦斯抽放半径的数值模拟研究

摘要

瓦斯抽放是煤矿防治瓦斯事故的根本性措施,在瓦斯灾害防治方面起到了较好的防突和综合治理瓦斯的作用。钻孔的有效抽放半径是该措施的一个重要参数,直接关系到抽放钻孔的设计、布置和抽放时间的长短。钻孔中孔口到孔底抽放负压损失情况及负压损失对钻孔有效抽放半径及抽放效果的影响,目前还没有定量的研究,这方面可供参考的文献也很少。因此对钻孔有效抽放半径和钻孔负压损失的研究具有重要的意义。
　　本文以煤层瓦斯赋存及煤层瓦斯流动理论为基础,建立了钻孔周围煤层瓦斯流动以及钻孔中负压损失的数学模型。利用有限差分法对钻孔周围瓦斯压力分布及钻孔中的负压损失进行了解算,分析了煤层瓦斯压力、煤层渗透性、抽放时间、抽放负压对钻孔中抽放负压损失和有效抽放半径的影响,得出了钻孔在塌孔及正常情况下不同时间的负压损失和有效抽放半径。结果表明,钻孔中的负压损失值很小,可以认为钻孔孔底负压值等于孔口的负压值,负压损失对钻孔的有效抽放半径影响不大;钻孔的有效抽放半径随着抽放时间的延长而增大,在煤层赋存条件不变的情况下,钻孔的有效抽放半径和抽放时间成幂函数关系;煤层瓦斯压力和煤层的渗透性对钻孔的有效抽放半径起着重要影响作用,煤层的渗透性越好,钻孔的有效抽放半径越大。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 论文研究的目的和意义

1.2 煤层瓦斯流动的国内外研究现状

1.3 煤层钻孔抽放半径研究现状

1.4 本文的主要研究工作

2 煤层中瓦斯流动的基本规律

2.1 瓦斯在多孔介质中的流动分析

2.2 煤层瓦斯赋存状态及其影响因素

2.3 煤层瓦斯运移规律

2.4煤层瓦斯运移的基本参数

2.5 本章小结

3 钻孔周围瓦斯流动数学模型的建立及求解方法

3.1 瓦斯在煤层中流动的基本方程

3.2 抽放钻孔沿程负压损失的计算

3.3 初始条件和边界条件

3.4钻孔瓦斯流动数学模型的数值解法

3.5 模型的程序实现

3.6 本章小结

4 钻孔有效抽放半径的数值模拟

4.1 时间步长和空间步长的选取

4.2 解算参数的选取

4.3 瓦斯赋存参数对有效抽放半径和钻孔负压损失的影响

4.4 抽放参数对有效抽放半径和钻孔负压损失的影响

4.5 钻孔塌孔对钻孔负压损失的影响

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集