基于多物理场耦合的瓦斯抽采参数优化研究
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摘要
在分析瓦斯抽采参数存在问题的基础上,测试了不同变质程度和破坏类型煤的孔隙结构参数、吸附常数、力学参数和渗透率等参数,建立了考虑煤的塑性软化和扩容特性的粘弹塑性模型,得到了煤体应力、位移、孔径变化和卸压范围的表达式,对比分析了软硬煤层的卸压范围和钻孔孔径变化特征,解释了软煤层钻孔抽放浓度快速衰减的原因,建立了考虑煤的流变特性、渗透率动态变化和吸附特征的渗流-应力耦合模型,采用数值模拟的方法确定了瓦斯抽放半径、合理封孔深度、合理预抽期等抽采参数,研制了具有温控功能的大质量煤样瓦斯吸附解吸实验系统,制定了抽放效果考察瓦斯含量临界值的确定方法,以龙山矿无烟煤和义安矿贫煤为例确定了瓦斯含量临界值,研究成果在水力冲孔布孔参数确定方面进行了示范应用,表明建立的模型合理可靠。
On the basis of studying the problem of gas drainage parameters determination, pore structure parameters, gas adsorption constant, mechanical parameters, permeability and other parameters of different metamorphism degree and destructive types coal were tested; visco-elastic-plastic model of coal considering plastic softening and dilatancy was established; the expressions of stress, displacement, pore size and pressure relief range were obtained; the relief range and borehole aperture variation of borehole in hard and soft coal seam were comparatively analyzed; and rapid decay of drainage concentration of soft seam borehole was explained; the hydro-mechanical coupling model considering rheological properties, permeability dynamics and adsorption characteristics was established; the gas drainage radius, reasonable sealing depth, reasonable drainage time were numerically determined; big quality coal samples'efficient gas adsorption-desorption experiment system with temperature control function was developed; the determination method of gas content critical value was drawn up; the critical value of gas content are determined taking Longshan anthracite and Wan lean coal for example. Research results in the determination of hydraulic punching hole space indicate that the model is reasonable and reliable.
On the basis of studying the problem of gas drainage parameters determination, pore structure parameters, gas adsorption constant, mechanical parameters, permeability and other parameters of different metamorphism degree and destructive types coal were tested; visco-elastic-plastic model of coal considering plastic softening and dilatancy was established; the expressions of stress, displacement, pore size and pressure relief range were obtained; the relief range and borehole aperture variation of borehole in hard and soft coal seam were comparatively analyzed; and rapid decay of drainage concentration of soft seam borehole was explained; the hydro-mechanical coupling model considering rheological properties, permeability dynamics and adsorption characteristics was established; the gas drainage radius, reasonable sealing depth, reasonable drainage time were numerically determined; big quality coal samples'efficient gas adsorption-desorption experiment system with temperature control function was developed; the determination method of gas content critical value was drawn up; the critical value of gas content are determined taking Longshan anthracite and Wan lean coal for example. Research results in the determination of hydraulic punching hole space indicate that the model is reasonable and reliable.
引文
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