煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究 被引量：59

1

作者 杨天鸿 陈仕阔 +3 位作者 朱万成 刘洪磊 霍中刚 姜文忠 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期2247-2252,共6页

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体孔隙变形与透气性演化的耦合作用方程,建立了考虑煤层吸附、解吸作用的含瓦斯煤岩固-气耦合作用模型。应用该模型模拟研究了不同压力影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯... 根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体孔隙变形与透气性演化的耦合作用方程,建立了考虑煤层吸附、解吸作用的含瓦斯煤岩固-气耦合作用模型。应用该模型模拟研究了不同压力影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,其结果对于深入理解瓦斯抽放作用机制并采取相应的瓦斯预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义。 展开更多

关键词 含瓦斯煤 瓦斯渗透性 气固耦合模型 数值模拟 卸压抽放

在线阅读 下载PDF 职称材料

远程采动煤岩体变形与卸压瓦斯流动气固耦合动力学模型及其应用研究 被引量：8

2

作者 刘洪永 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1243-1244,共2页

经过多年的科学研究和工程实践证明,采动卸压瓦斯抽采技术是防治煤与瓦斯突出、降低煤层瓦斯含量最有效、最经济的区域性措施。尽管近几十年来开展了大量的采动卸压瓦斯抽采现场试验,但对采动煤岩体变形与卸压瓦斯流动相互作用的研究尚... 经过多年的科学研究和工程实践证明,采动卸压瓦斯抽采技术是防治煤与瓦斯突出、降低煤层瓦斯含量最有效、最经济的区域性措施。尽管近几十年来开展了大量的采动卸压瓦斯抽采现场试验,但对采动煤岩体变形与卸压瓦斯流动相互作用的研究尚不够成熟,还无法为卸压瓦斯的高效抽采提供理论基础和技术支持。以远程采动煤岩体为研究对象,运用岩石力学、采矿工程、渗流力学、数值仿真等理论,采用现场实验、实验室实验、理论分析和数值分析相结合的研究方法,系统研究了采动煤岩体的卸压特征、移动变形、采动应力变化及卸压瓦斯流动规律;开展了采动煤岩体变形与瓦斯流动耦合作用研究,构建了采动煤岩体弹脆塑性本构模型和采动煤岩体变形与瓦斯流动耦合动力学模型及数值计算方法,通过模型的应用初步获得了远程上被保护层应力场、位移场与渗透率的时空变化规律,最后提出了保护层开采工程分类及判定方法,以及远程保护层开采及卸压瓦斯抽采技术体系,并在阳泉新景矿成功地进行了试验,取得了显著的抽采效果。为保护层开采设计及远程被保护层卸压瓦斯的高效抽采提供了理论依据和技术支持。主要研究内容及成果有:(1)利用平面应变相似模拟实验系统,以阳泉矿区新景矿为地质背景,开展了远程采动煤岩体裂隙演化相似模拟试验研究,获得了远程被保护层采动应力、裂隙发育和变形的时空演化规律;(2)基于Drucker-Prager准则,引入理想弹脆塑性模型和内切圆准则,构建了采动煤岩弹脆塑性损伤本构模型及数值格式,采用VC++2005将其开发成FLAC3D能够调用的模型,并开展了模型验证与应用,为采动煤岩体变形的研究提供了本构模型;(3)构建了反映采动裂隙、离层对瓦斯流动影响的非线性卸压瓦斯流动方程———广义幂定律,为采动煤岩体卸压瓦斯流动提供了控制方程;(4)构建了适合高强度开采条件下低渗透性煤岩体变形与瓦斯流动特点的采动煤岩变形与瓦斯流动气固耦合动力学模型;利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件平台实现了模型的验证与应用,初步获得了远程下保护层上覆岩应力场、位移场与渗透率的时空变化规律;(5)提出了综合考虑煤层赋存条件、层间硬岩以及保护层工作面回采参数等影响因素的保护层工程分类及判定方法,以当量相对层间距为指标对上、下保护层进行了分类;(6)提出了远程保护层开采及卸压瓦斯抽采技术体系,并在阳泉新景矿成功地进行了试验,取得了显著的抽采效果。保护范围内被保护层综合瓦斯抽采率达到了70.1%,瓦斯含量由18.17 m3/t降至5.4 m3/t,有效地消除了3号煤层的煤与瓦斯突出危险性,实践验证了采动煤岩变形与瓦斯流动气固耦合模型的合理性和可行性。 展开更多

关键词 远程采动煤岩体 弹脆塑性 非线性渗流 气固耦合模型 保护层开采 卸压瓦斯抽采

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟 被引量：93

3

作者 尹光志 李铭辉 +3 位作者 李生舟 李文璞 姚俊伟 张千贵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期535-541,共7页

通过在多孔介质的有效应力原理中引入瓦斯吸附产生的膨胀应力,得出适用于含瓦斯煤岩的有效应力计算公式。同时利用含瓦斯煤岩的孔隙率和渗透率的动态模型,建立了能描述含瓦斯煤岩固气耦合情况下的骨架可变形性和气体可压缩性的固气耦合... 通过在多孔介质的有效应力原理中引入瓦斯吸附产生的膨胀应力,得出适用于含瓦斯煤岩的有效应力计算公式。同时利用含瓦斯煤岩的孔隙率和渗透率的动态模型,建立了能描述含瓦斯煤岩固气耦合情况下的骨架可变形性和气体可压缩性的固气耦合模型。以平顶山十矿的相关物性参数为基础进行了数值模拟,首先对建立的三维模型进行了开挖处理,得到了开挖后煤层的应力分布状态,而非简单的均布载荷,然后利用所建立的数学模型进行钻孔抽采瓦斯三维数值模拟。从数值模拟结果得到:①抽采负压对钻孔抽采瓦斯的影响不明显;②随着抽采时间的增长,煤层的孔隙率逐渐减小;③随着时间的推移,钻孔抽采瓦斯的有效抽采半径均逐渐增大,最后会迫近一个定值。 展开更多

关键词 渗透率 固气耦合模型 数值模拟 含瓦斯煤

在线阅读 下载PDF 职称材料

弹性气藏中气体渗流的气—固—热耦合数学模型 被引量：5

4

作者 王自明 江同文 +1 位作者 宋文杰 杜志敏 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第3期85-87,共3页

综合应用渗流力学、岩石力学、热力学理论 ,建立起以气体压力、岩石固相质点位移、绝对温度为基本变量的全新的气—固—热耦合数学模型。该模型假设气藏岩石骨架是可变形的 ,气藏内热量按热力学定律自由传递 ,模型包括完全耦合的气体渗... 综合应用渗流力学、岩石力学、热力学理论 ,建立起以气体压力、岩石固相质点位移、绝对温度为基本变量的全新的气—固—热耦合数学模型。该模型假设气藏岩石骨架是可变形的 ,气藏内热量按热力学定律自由传递 ,模型包括完全耦合的气体渗流方程、温度场方程和岩石变形方程。文章所建立的模型实现了气藏中渗流、变形、变温三者间真正意义上的耦合 ,较之已有的气藏渗流模型更能反映气藏实际 ,是对气藏传统渗流理论和流固耦合力学理论的发展 。 展开更多

关键词 弹性气藏 气体渗流 气-固-热耦合数学模型 弹性介质

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于固气耦合模型顺层孔抽采半径及孔间距研究 被引量：1

5

作者 崔崇斌 《山西焦煤科技》 2015年第7期39-41,56,共4页

为了研究马兰矿瓦斯抽采钻孔合理的孔间距,基于太沙基有效应力和弹性力学的基本原理,建立了10505工作面瓦斯抽采的固气耦合模型,通过数值模拟软件分析了单一钻孔的抽采情况并进一步确定了有效抽采半径为1.52 m,根据采掘接替的要求,分析... 为了研究马兰矿瓦斯抽采钻孔合理的孔间距,基于太沙基有效应力和弹性力学的基本原理,建立了10505工作面瓦斯抽采的固气耦合模型,通过数值模拟软件分析了单一钻孔的抽采情况并进一步确定了有效抽采半径为1.52 m,根据采掘接替的要求,分析了预抽期为180天时孔间距分别为2.6 m和3 m时孔周的瓦斯压力分布情况。研究表明:马兰矿10505工作面顺层钻孔合理的孔间距应为2倍的有效抽采半径,即3 m. 展开更多

关键词 瓦斯抽采 孔间距 太沙基有效应力 弹性力学 固气耦合模型 数值模拟软件

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于含瓦斯煤固气耦合模型的数值模拟和应用研究

6

作者 武建东 《煤炭与化工》 CAS 2015年第9期7-10,13,共5页

综合考虑动态孔隙率、渗透率和渗流-扩散及瓦斯吸附/解吸引起变形,建立固气耦合动力学模型,利用模型就司马煤矿1206工作面建立单一顺层钻孔抽采煤层瓦斯模型,模拟钻孔有效抽采半径,以数值分析结果为依据对工作面瓦斯抽采钻孔进行设计,... 综合考虑动态孔隙率、渗透率和渗流-扩散及瓦斯吸附/解吸引起变形,建立固气耦合动力学模型,利用模型就司马煤矿1206工作面建立单一顺层钻孔抽采煤层瓦斯模型,模拟钻孔有效抽采半径,以数值分析结果为依据对工作面瓦斯抽采钻孔进行设计,最终表明:抽采效果较好,数值分析对开展现场工作具有一定指导意义。 展开更多

关键词 应力场 固气耦合模型 数值模拟 瓦斯含量

在线阅读 下载PDF 职称材料

双重介质多孔模型下多钻孔抽采瓦斯效果研究

7

作者 沈建廷 杨华富 《山西煤炭》 2024年第2期111-116,共6页

为了研究含瓦斯煤体中负压钻孔的抽采效果,同时了解多钻孔布孔时钻孔的有效抽采范围,以某矿为研究背景,基于孔-裂隙双重介质多孔模型下的瓦斯流动理论,构建了气-固耦合模型,结合该煤矿实际生产情况,运用COMSOL数值模拟软件,研究了单一... 为了研究含瓦斯煤体中负压钻孔的抽采效果,同时了解多钻孔布孔时钻孔的有效抽采范围,以某矿为研究背景,基于孔-裂隙双重介质多孔模型下的瓦斯流动理论,构建了气-固耦合模型,结合该煤矿实际生产情况,运用COMSOL数值模拟软件,研究了单一顺层钻孔抽采时的有效抽采半径,并以此布孔间距为设计前提,研究了多钻孔并排布孔时对有效抽采范围的影响。研究结果表明:该煤矿抽采时长为150 d时,其有效抽采半径约为1.1 m;以1.56 m,2.20 m,3.00 m,4.00 m和5.00 m为布孔间距进行研究时,受钻孔间的相互影响,煤层瓦斯抽采效果均有不同程度增强,可以根据煤层构造情况以及矿井实际生产状况,设置不同的布孔间距。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 气-固耦合模型 布孔间距

在线阅读 下载PDF 职称材料

垃圾堆体沉降对填埋气体收集效能的影响

8

作者 易富 许越 +1 位作者 田宇 姜丰洋 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2014年第3期30-33,共4页

为分析填埋场上覆载荷引起的变形沉降以及垃圾自身降解作用对气体迁移特性的影响,采用多孔介质气-固耦合和生物降解理论,构建了填埋气体迁移的H-M耦合模型,通过数值模拟方法分析有无载荷作用对填埋气体储存及迁移规律的影响。结果表明:... 为分析填埋场上覆载荷引起的变形沉降以及垃圾自身降解作用对气体迁移特性的影响,采用多孔介质气-固耦合和生物降解理论,构建了填埋气体迁移的H-M耦合模型,通过数值模拟方法分析有无载荷作用对填埋气体储存及迁移规律的影响。结果表明:考虑载荷作用时,底部气体的压力值明显高于顶部,且底部与顶部气体压力差值的变化趋势较无载荷作用时更明显;随着填埋年限的增加,填埋场内部气体压力逐渐降低;考虑载荷作用时场内气体压力值高于不考虑载荷作用的情况,封场1a后二者气体压力差值为0.045 kPa,但10 a后压力差值达0.346 kPa;考虑载荷作用时气井收集量比不考虑载荷作用时高14.8%;载荷的作用在一定的程度上增大了抽气井影响半径的辐射范围。因此,上覆载荷引起的沉降变形对垃圾填埋气体的收集量影响显著,在设计填埋气体收集控制系统时应考虑该因素。 展开更多

关键词 垃圾填埋气体 抽气井 气固耦合模型 气体收集效能

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于多场耦合建模的发动机半主动悬置参数识别 被引量：8

9

作者 郑玲 犹佐龙 +3 位作者 刘巧斌 庞剑 徐小敏 陈代军 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期543-550,共8页

针对半主动悬置优化中存在的多场耦合精确建模的难题,采用ADINA软件,建立了半主动悬置液固气三相耦合仿真模型,通过关键参数的辨识和准确提取,获得了半主动悬置的集总参数模型,并研究了其动特性。结果表明:基于ADINA的液固气三相耦合仿... 针对半主动悬置优化中存在的多场耦合精确建模的难题,采用ADINA软件,建立了半主动悬置液固气三相耦合仿真模型,通过关键参数的辨识和准确提取,获得了半主动悬置的集总参数模型,并研究了其动特性。结果表明:基于ADINA的液固气三相耦合仿真模型,能快速、准确提取集总参数模型的关键参数,实现半主动悬置动特性的准确预测。通过试验验证了多场耦合建模和动特性分析方法的正确性,为汽车发动机半主动悬置的正向开发与结构优化提供了可行的方法。 展开更多

关键词 半主动悬置 液固气三相耦合模型 参数识别 动特性

在线阅读 下载PDF 职称材料

煤层气原位注热开采的数值模拟研究及工程实践 被引量：7

10

作者 胡林杰 冯增朝 +4 位作者 周动 王幸 石建行 沈永星 赵东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4473-4486,共14页

煤层的低渗透性和甲烷的强吸附特征是制约煤层气开采的关键性问题,如何快速高效开采煤层气是目前煤层气开采研究中的重要课题。首先基于构建的水-气-热-固耦合数学模型,建立了煤层气注热开采的物理模型并验证了模型的正确性,然后从水气... 煤层的低渗透性和甲烷的强吸附特征是制约煤层气开采的关键性问题,如何快速高效开采煤层气是目前煤层气开采研究中的重要课题。首先基于构建的水-气-热-固耦合数学模型,建立了煤层气注热开采的物理模型并验证了模型的正确性,然后从水气运移角度分析了注热方法的产气规律,最后在煤矿井下进行了现场注热试验。数值模拟结果表明:煤层气注热开采过程中水气运移遵循“前期排水,后期采气”的变化规律。煤层中的水对甲烷的解吸和运移产生了重要的影响。注热过程中水占据了甲烷的运移通道,水对甲烷的抑制作用大于温度的促进作用;注热后的抽采过程中,高温促进了甲烷的解吸,解除了水对甲烷的抑制作用,使煤层气的产量大幅度提高。通过现场注热试验,已经形成了2种成熟的井下注热强化煤层气开采方法,即间歇注热方法和交替注热方法。2种注热方法具有相似的产气规律,即注热阶段的日产气量和甲烷体积分数一般比较低,而注热后抽采阶段的日产气量和甲烷体积分数均大幅度提高。现场注热试验结果表明,与传统的负压抽采方法相比,间歇注热方法可以使甲烷的体积分数和日产气量分别提高10倍和100倍以上,交替注热方法可以使甲烷的体积分数和日产气量分别提高10倍和50倍以上。现场注热试验结果与数值模拟结果共同表明,注热强化煤层气抽采的效果显著,注热后抽采阶段是煤层气的高产时间段。 展开更多

关键词 煤层气开采 原位注热试验 水-气-热-固耦合模型 水-气两相运移

在线阅读 下载PDF 职称材料

夹矸对煤层瓦斯抽采影响的数值模拟研究 被引量：5

11

作者 刘泉霖 王恩元 +1 位作者 李忠辉 孔祥国 《工矿自动化》 北大核心 2018年第2期55-62,共8页

为解决含夹矸煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立瓦斯抽采的煤岩体变形控制方程、瓦斯运移控制方程和孔隙率与渗透率演化方程,结合瓦斯抽采的初始及边界条件,推导出了瓦斯抽采固气耦合模型。利用多物理场分析软件COMSOL Multiphys... 为解决含夹矸煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立瓦斯抽采的煤岩体变形控制方程、瓦斯运移控制方程和孔隙率与渗透率演化方程,结合瓦斯抽采的初始及边界条件,推导出了瓦斯抽采固气耦合模型。利用多物理场分析软件COMSOL Multiphysics,并结合某矿IV13煤层的实际地质条件,对煤层单一抽采钻孔周围煤体的瓦斯压力、渗透率、位移的分布规律进行了数值模拟与分析,确定了含夹矸煤层瓦斯抽采钻孔的孔间距,从而为含夹矸煤层抽采钻孔的优化布置提供了依据。研究结果表明,在瓦斯抽采过程中,随着煤体距钻孔距离的减小,煤层不含夹矸时钻孔周围煤体瓦斯压力下降幅度、渗透率上升幅度最小,钻孔周围煤体位移量最大;钻孔未穿过夹矸时钻孔周围煤体瓦斯压力下降幅度、渗透率上升幅度最大,钻孔周围煤体位移量最小。 展开更多

关键词 煤炭开采 含夹矸煤层 瓦斯抽采 固气耦合模型 抽采钻孔 孔间距

在线阅读 下载PDF 职称材料

阳泉矿区松软低透煤层底板穿层钻孔抽采时间优化 被引量：10

12

作者 郭春生 徐超 +3 位作者 葛勇 耿德旺 胡思怡 龚克 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2019年第5期875-881,共7页

确定底板穿层钻孔有效抽采时间对于优化生产接替,提高生产效率有重要意义。在阳泉某矿穿层钻孔施工过程中,由于煤层透气性差、瓦斯含量高、地应力大,原有的抽采设计已不能满足消突与接替需要。在不补打钻孔条件下,延长预抽时间就成为区... 确定底板穿层钻孔有效抽采时间对于优化生产接替,提高生产效率有重要意义。在阳泉某矿穿层钻孔施工过程中,由于煤层透气性差、瓦斯含量高、地应力大,原有的抽采设计已不能满足消突与接替需要。在不补打钻孔条件下,延长预抽时间就成为区域瓦斯防突达标的重要途径。文中采用实验室实验、数值模拟与工程验证相结合的研究方法,首先通过实验得到了煤层的瓦斯基础参数,建立了适用于阳泉矿区煤层特点的数值模拟本构模型,并对该煤层底板穿层钻孔不同抽采时间下的抽采效果进行了模拟研究。结果表明:随着抽采时间的延长,穿层钻孔的影响范围在逐渐增大,瓦斯压力在不断降低。抽采时间为300 d时,抽采钻孔中心点残余瓦斯压力可以降至0.74 MPa以下,可以达到防突要求。最后,通过收集工程实践过程中瓦斯抽采数据,计算得出了煤层残余瓦斯含量,获得了实际残余瓦斯含量与抽采天数的关系,验证了数值模拟结果的正确性。 展开更多

关键词 底板穿层钻孔 抽采时间 COMSOL模拟 松软煤层 固气耦合模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

松动爆破作用下的瓦斯抽采效率研究 被引量：3

13

作者 白志安 吴桂义 +1 位作者 张开智 钱帅 《煤炭工程》 北大核心 2021年第1期118-122,共5页

针对象山煤矿掘进面煤层透气性差、瓦斯涌出量大难题,基于21301掘进迎头地质条件和数值模型试验,开展了松动爆破作用下煤层力学响应与瓦斯抽采效率研究。在瓦斯抽采气-固耦合理论基础上,借助有限元软件分析了爆破后煤层渗透率、瓦斯压... 针对象山煤矿掘进面煤层透气性差、瓦斯涌出量大难题,基于21301掘进迎头地质条件和数值模型试验,开展了松动爆破作用下煤层力学响应与瓦斯抽采效率研究。在瓦斯抽采气-固耦合理论基础上,借助有限元软件分析了爆破后煤层渗透率、瓦斯压力变化规律。数值模型结果表明:在爆破动载荷作用下,煤层的塑性破坏极大的提高了自身的渗透性能。环绕爆破钻孔所产生的高渗透性区域,促使瓦斯向抽采钻孔内快速转移,达到降低瓦斯含量的目的。与现场所收集瓦斯累计流量相对比,验证了松动爆破耦合模型的合理性,最终污风内瓦斯浓度在0.4%。 展开更多

关键词 松动爆破 气-固耦合模型 数值模拟 煤层损伤 降低瓦斯压力

在线阅读 下载PDF 职称材料

顺层瓦斯抽采钻孔全程下筛管技术和装置的研究与应用 被引量：12

14

作者 孟战成 《煤炭工程》 北大核心 2019年第3期54-59,共6页

针对顺层长钻孔深孔"留不住、封不严、抽采效率低"的问题,采用理论分析和现场试验的方法,研究顺层瓦斯抽采钻孔全程下筛管强化抽采技术。通过建立煤岩瓦斯气—固耦合模型,模拟分析了筛管长度、抽采负压、筛管直径对顺层钻孔... 针对顺层长钻孔深孔"留不住、封不严、抽采效率低"的问题,采用理论分析和现场试验的方法,研究顺层瓦斯抽采钻孔全程下筛管强化抽采技术。通过建立煤岩瓦斯气—固耦合模型,模拟分析了筛管长度、抽采负压、筛管直径对顺层钻孔瓦斯抽采效果的影响,表明:抽采负压(13～40kPa)和筛管直径(32～50mm)对瓦斯抽采效果影响较小;筛管长度是提高瓦斯抽采效果的关键因素,全程下管120m时,筛管长度100m的钻孔比筛管长度40m的钻孔瓦斯抽采效果提高3倍。通过改进了钻头"一"字型横梁的连接与固定方式、配合无焊接整根大通径钻杆、封孔管孔底悬挂装置,实现"钻多深下多深";全程下筛管后,单孔平均浓度可提高29%以上,有效抽采期可提高1. 9倍。 展开更多

关键词 顺层瓦斯抽采钻孔 全程下筛管 气-固耦合模型

在线阅读 下载PDF 职称材料