含瓦斯煤巖固氣耦合動態模型與數值模擬研究

崔 巍 王 瑾 王 靜 宋姣姣 張圓圓

（西安科技大學高新學院，陜西 西安 710109）

0 引言

預抽煤層瓦斯的關鍵技術，主要就在于合理的鉆孔間距，如果在此過程中，鉆孔間距過大的話，就會嚴重的影響到抽采的盲區，從而達不到治理的效果。反之，如果鉆孔間距過小，不僅僅只是浪費了人力，物力方面也會造成浪費。因此，在實際的過程中，氣體開采半徑,主要通過流法、壓力法和其他現場測量，基于此，本文摘要全面考慮孔隙壓力與有效應力、基體收縮效應對孔隙度和滲透率的影響，建立了含煤巖氣體耦合動力學模型，同時建立了徑向氣體流動模型，并建立了氣體流動分析板、多孔性的規律，得出了單井筒有效抽采半徑，以從井筒布置中抽采。因此，固氣耦合是指巖體工程中流體氣、液固巖體、煤體等之間的相互作用。通常，由于流體的流動和巖體的變形破壞，會發生耦合。因此，我們主要研究巖體滲透性的演化和力學行為的影響。但根據目前我們對固氣耦合相似材料及規律方面的研究發現，對固氣耦合相似模擬材料的研發,大部分的理論研究還處于剛開啟的階段，因此，我們將先基于固液耦合相似理論，推導出“氣體”耦合相似判據，并利用相似材料的力學性能進行試件的測試，同時開發了固氣耦合相似材料仿真和相似材料的實體仿真，同時比較了試件的滲流速度，也考慮了在多孔介質內部應力場和滲流場耦合效應。

1 模擬結果的相關分析

根據《中國排水采氣達標暫行規定》，脫氣量≤4m /t，達標。因此，失磁氣體的含量為4m2/t(殘余氣體含量為5.58m2/4)，是測試鉆孔有效提取半徑的指標。

從圖中可以看出,氣體含量的變化與提取時間、氣體含量在同一點通常隨時間的增加,和有效半徑增加氣體流場的影響范圍增加。與鉆孔的距離越小，氣體含量降低的梯度越大。然而，隨著時間的延長，在相同的時間差內，兩種殘余氣體含量之間的差將越來越小。通過對結果的分析表明，如果我們從10個月開始開采，那么有效的鉆孔開采半徑為1.68 m，但為了保證正常生產，為了成功，我們可以根據有效半徑1.5 m，在工作面進行鉆孔開采，同時也采用雙排錯排的方式進行鉆孔布置，鉆長180 m，孔封12 m，底部孔距為煤層16 m，在底部鉆20厘米,鉆從1.5米,鉆孔半徑115毫米。通過這種方式,分析了雙排鉆孔布置數值來確定提取的效果。

2 順層鉆孔效果及固氣耦合相似材料試件參數測試

假設pre-pumping時間最長的485 d和365 d在最短的。n，從穩定工作面提取后，鉆孔的所有流量和濃度都會隨時間變化，約為 10%，同時氣體濃度和純流量約為2.3 m/min，至2015年11月，累計煙氣采亮1.4293 Mm，按照實測解吸量平均為3.735 m/t的暫行規則，最大值為3.81 m/t，排水效果小于4.0 m/t。因此,它是非常合理的安排根據鉆井有效提取半徑為 1.5米。其次,它的測量和分析是脆性參數E / A的標本。通過試驗，采用YYW手動無側限壓力儀對同類材料試件的抗壓強度進行了測試。從實驗,獲得完整的應力-應變曲線的斜率彈性部分標本的類似材料的彈性模量。結果表明,材料與E / < 3屬于脆性破壞的材料。測試基本保持在商業周期見頂前的彈性模量和甲流模量模量降低的標本,并分析蝕脆性特征參數值 E/λ。所以這種材料像巖石一樣易碎。

3 對固氣耦合相似材料的研發

（1）在試樣制作中，類似的以石蠟作為膠結劑的材料應易于壓實。型號材料在室溫下不易揮發，性質穩定，可重復使用。因為為了確保充填骨料顆粒之間的差距的影響。因此,我們必須選擇石油作為另一個粘合劑減少試樣的抗壓強度,通過調整油的內容,以便它可以模擬巖石的條件。同時,石油也在室溫下揮發,具有輔助作用在控制材料的滲透率標本。然后,在整個實驗中,石蠟融化的溫度必須保持常數在50°c,以避免損失的石蠟由于過度的溫度。切忌必須等到石蠟完全融化,能夠把總倒進攪拌均勻,然后倒入指定的數量的液壓油,繼續攪拌。然后，將攪拌均勻的材料倒入模具中。為了保證試件壓實強度的一致性，我們需要對不同落錘次數和落錘高度的試件的滲透性進行測試，從而進一步確定夯實過程的參數。然后，在標本冷卻后，將其取出，并對每組標本按不同的比例編號，以供實驗使用。（2）原材料的選取及試件制作。對于模擬巖石的固氣耦合模擬相似材料而言,我們必須所需的材料應該嚴格滲透率較低,可以人為的控制。只有用這種方法可以模擬巖石具有不同滲透率的目的。同時，選擇類似材料的膠結劑，有利于試樣的生產，室溫下不揮發，有效填充骨料顆粒間的孔隙。為了減少之間的差距總粒子,石蠟油易熔程度較低和高質量的被選為鞏固代理商和河沙作為骨料。

4 結束語

總而言之，通過耦合應力場的煤層氣體流場的孔隙度和滲透率煤層,煤含有天然氣的氣固耦合動力學模型建立。然后,根據數值分析,我們確定了有效提取井眼半徑和天然氣開采。通過具體分析，說明了鉆孔的有效性，說明數值模擬對現場實際工作具有現實指導意義。