地面鑽井抽采條件下封閉採空區瓦斯滲流特性研究

《地面鑽井抽采條件下封閉採空區瓦斯滲流特性研究》是依託中國礦業大學，由秦偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：地面鑽井抽采條件下封閉採空區瓦斯滲流特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：秦偉
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

封閉採空區中積聚有大量的瓦斯，是一種可回收利用的能源。然而封閉採空區瓦斯地面開發技術起步較晚，相關基礎研究仍屬空白，亟待有針對性的深入研究。本項目將根據采動上覆岩層下沉規律，建立封閉採空區多孔介質的滲透率空間分布模型；基於非線性滲流理論，建立地面鑽井抽采條件下封閉採空區瓦斯滲流數學模型，揭示地面鑽井抽采條件下封閉採空區瓦斯濃度場、速度場和氣體流態的分布規律，確定不同地面井位、不同抽采參數下地面鑽井的控制範圍；開展地面鑽井抽采條件下封閉採空區瓦斯滲流實驗，確定不同地面井位、不同抽采參數下封閉採空區瓦斯的抽采效果，為封閉採空區地面井位選擇和抽采參數最佳化奠定理論基礎。本項目研究將有助於煤與瓦斯共采理論的發展和完善，對獲取清潔高效能源、減少溫室氣體排放具有十分重要的意義。

結題摘要

封閉採空區瓦斯抽采技術是將封閉採空區內遺煤、煤柱及鄰近煤岩層不斷解吸釋放的瓦斯抽采至地面的煤礦瓦斯抽采技術，是煤與瓦斯共采技術體系的重要組成部分。地面鑽井抽采條件下封閉採空區瓦斯的滲流特性研究是地面井位和抽采參數最佳化選擇的理論基礎，而我國封閉採空區瓦斯抽采技術研究起步較晚，相關基礎理論研究仍處於空白階段。 本項目採用物理模擬的手段對採空區覆岩垂直位移進行了監測，通過數據擬合得到了採空區覆岩垂直位移空間分布函式，在此基礎上推導得出了採空區滲透率的空間分布函式。在研究採空區滲透率空間分布規律的基礎上，聯立氣體滲流的連續性方程、動量守恆方程、湍流輸運方程和氣體狀態方程，建立了地面鑽井抽采條件下封閉採空區瓦斯滲流數學模型。通過FLUENT模擬軟體對地面鑽井抽采條件下封閉採空區瓦斯滲流數學模型進行求解，研究結果表明：布置在“O”形圈裂隙區內的地面鑽井控制範圍較大，湍流區面積較大，隨著地面鑽井不斷深入採空區中部的壓實區，地面鑽井控制範圍不斷減小，湍流區面積也不斷減小。通過自行研製的“採空區瓦斯抽采模擬試驗系統”開展了封閉採空區瓦斯抽采地面井位最佳化的物理模擬試驗研究，對不同地面井位、抽采負壓條件下，封閉採空區瓦斯抽采量、瓦斯濃度及氣體流動狀態進行了研究，結果表明：各試驗方案條件下，地面鑽井的抽采混合量均呈不斷衰減趨勢，“O”形圈裂隙區是地面鑽井布置的最佳區域。 將封閉採空區瓦斯地面鑽井抽采的理論研究成果套用於陽泉三礦，指導了陽泉三礦首口封閉採空區地面鑽井的井位選擇。開展了地面鑽井抽采封閉採空區瓦斯工程試驗研究，試驗結果表明，抽采管路純瓦斯流量保持在3.25 m3/min，瓦斯抽采濃度為5～13%。泵站試運行226小時，共抽采純瓦斯量33000m3，平均日產瓦斯3504m3/d。