含瓦斯煤岩固气耦合动态模型与数值模拟研究

2019-12-03宋姣姣张圆圆

四川水泥 2019年10期

崔巍王瑾王静宋姣姣张圆圆

（西安科技大学高新学院，陕西西安 710109）

0 引言

预抽煤层瓦斯的关键技术，主要就在于合理的钻孔间距，如果在此过程中，钻孔间距过大的话，就会严重的影响到抽采的盲区，从而达不到治理的效果。反之，如果钻孔间距过小，不仅仅只是浪费了人力，物力方面也会造成浪费。因此，在实际的过程中，气体开采半径,主要通过流法、压力法和其他现场测量，基于此，本文摘要全面考虑孔隙压力与有效应力、基体收缩效应对孔隙度和渗透率的影响，建立了含煤岩气体耦合动力学模型，同时建立了径向气体流动模型，并建立了气体流动分析板、多孔性的规律，得出了单井筒有效抽采半径，以从井筒布置中抽采。因此，固气耦合是指岩体工程中流体气、液固岩体、煤体等之间的相互作用。通常，由于流体的流动和岩体的变形破坏，会发生耦合。因此，我们主要研究岩体渗透性的演化和力学行为的影响。但根据目前我们对固气耦合相似材料及规律方面的研究发现，对固气耦合相似模拟材料的研发,大部分的理论研究还处于刚开启的阶段，因此，我们将先基于固液耦合相似理论，推导出“气体”耦合相似判据，并利用相似材料的力学性能进行试件的测试，同时开发了固气耦合相似材料仿真和相似材料的实体仿真，同时比较了试件的渗流速度，也考虑了在多孔介质内部应力场和渗流场耦合效应。

1 模拟结果的相关分析

根据《中国排水采气达标暂行规定》，脱气量≤4m /t，达标。因此，失磁气体的含量为4m2/t(残余气体含量为5.58m2/4)，是测试钻孔有效提取半径的指标。

从图中可以看出,气体含量的变化与提取时间、气体含量在同一点通常随时间的增加,和有效半径增加气体流场的影响范围增加。与钻孔的距离越小，气体含量降低的梯度越大。然而，随着时间的延长，在相同的时间差内，两种残余气体含量之间的差将越来越小。通过对结果的分析表明，如果我们从10个月开始开采，那么有效的钻孔开采半径为1.68 m，但为了保证正常生产，为了成功，我们可以根据有效半径1.5 m，在工作面进行钻孔开采，同时也采用双排错排的方式进行钻孔布置，钻长180 m，孔封12 m，底部孔距为煤层16 m，在底部钻20厘米,钻从1.5米,钻孔半径115毫米。通过这种方式,分析了双排钻孔布置数值来确定提取的效果。

2 顺层钻孔效果及固气耦合相似材料试件参数测试

假设pre-pumping时间最长的485 d和365 d在最短的。n，从稳定工作面提取后，钻孔的所有流量和浓度都会随时间变化，约为 10%，同时气体浓度和纯流量约为2.3 m/min，至2015年11月，累计烟气采亮1.4293 Mm，按照实测解吸量平均为3.735 m/t的暂行规则，最大值为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据钻井有效提取半径为 1.5米。其次,它的测量和分析是脆性参数E / A的标本。通过试验，采用YYW手动无侧限压力仪对同类材料试件的抗压强度进行了测试。从实验,获得完整的应力-应变曲线的斜率弹性部分标本的类似材料的弹性模量。结果表明,材料与E / < 3属于脆性破坏的材料。测试基本保持在商业周期见顶前的弹性模量和甲流模量模量降低的标本,并分析蚀脆性特征参数值 E/λ。所以这种材料像岩石一样易碎。

3 对固气耦合相似材料的研发

（1）在试样制作中，类似的以石蜡作为胶结剂的材料应易于压实。型号材料在室温下不易挥发，性质稳定，可重复使用。因为为了确保充填骨料颗粒之间的差距的影响。因此,我们必须选择石油作为另一个粘合剂减少试样的抗压强度,通过调整油的内容,以便它可以模拟岩石的条件。同时,石油也在室温下挥发,具有辅助作用在控制材料的渗透率标本。然后,在整个实验中,石蜡融化的温度必须保持常数在50°c,以避免损失的石蜡由于过度的温度。切忌必须等到石蜡完全融化,能够把总倒进搅拌均匀,然后倒入指定的数量的液压油,继续搅拌。然后，将搅拌均匀的材料倒入模具中。为了保证试件压实强度的一致性，我们需要对不同落锤次数和落锤高度的试件的渗透性进行测试，从而进一步确定夯实过程的参数。然后，在标本冷却后，将其取出，并对每组标本按不同的比例编号，以供实验使用。（2）原材料的选取及试件制作。对于模拟岩石的固气耦合模拟相似材料而言,我们必须所需的材料应该严格渗透率较低,可以人为的控制。只有用这种方法可以模拟岩石具有不同渗透率的目的。同时，选择类似材料的胶结剂，有利于试样的生产，室温下不挥发，有效填充骨料颗粒间的孔隙。为了减少之间的差距总粒子,石蜡油易熔程度较低和高质量的被选为巩固代理商和河沙作为骨料。