抽采条件下瓦斯赋存动态分布规律数值模拟研究
井下瓦斯抽采是降低煤矿瓦斯灾害危险性与综合利用瓦斯资源的的主要手段，而抽采过程中瓦斯分布的动态变化是评价瓦斯抽采效果的关键，为煤矿的安全生产提供指导。本文依托于国家自然科学基金项目-“抽采过程中的瓦斯渗流及残余瓦斯赋存规律”（41472134）与国家自然科学基金重点项目“矿井瓦斯运移与富集的动力学过程及地球物理探测基础”（41430317），以山西省晋城矿区胡底煤矿3#煤层为研究对象，利用压汞、等温吸附、渗透率等实验分析煤岩的物性特征，并讨论了瓦斯分布的主要控制因素，利用COMSOL Multiphysics仿真软件，对瓦斯赋存的地质控因及抽采过程中瓦斯含量的动态变化进行了数值模拟分析。 研究区煤岩孔裂隙发育，渗透率对应力较敏感；原位瓦斯含量高，瓦斯压力大，分布不均匀，各种地质因素对瓦斯赋存均有不同影响，煤层埋深和陷落柱的发育是瓦斯含量分布差异的主控因素。 本文分别以太沙基（Terzaghi）有效应力原理为基础推导出变形场方程，结合Kozeny-Carman方程推算出渗透率动态变化方程，根据达西（Dacy）定律建立渗流场控制方程，并联立各组方程建立了瓦斯运移的流固耦合数学模型。 通过研究区主采煤层1303工作场瓦斯抽采的模拟，结果显示：抽采整体变化趋势而言，不同位置的瓦斯压力下降趋势一致，呈现先迅速增加后降速变缓的规律，而各点不同之处在于深度、距离的差异将会造成的瓦斯压力降速快慢之别，并通过实测数据进行模型准确性验证。 在所建数学模型的基础上，结合研究区主采煤层瓦斯的抽采条件，利用COMSOL软件模拟了不同条件对瓦斯抽采效果的影响，认为相对于抽采时间、抽采条件、抽采钻孔的直径以及布置方式，埋深、初始孔隙率、渗透率、初始瓦斯含量等对瓦斯抽采效果的影响更大，对于矿井内煤层埋深大、孔隙率渗透率低、原位瓦斯含量较高的区域，抽采效果相对较差，造成抽采后残余瓦斯含量较高。
瓦斯抽采;瓦斯赋存;动态变化;残余瓦斯;COMSOL模拟
中国矿业大学
硕士
矿产普查与勘探
汪吉林
2018
中文
TD712
115
2018-12-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）