【摘要】：我國(guó)煤層氣資源豐富,煤層氣是近二十年世界上崛起的一種優(yōu)質(zhì)高效潔凈的新能源,另一方面,煤層氣又是煤礦重大災(zāi)害事故的有害源,在當(dāng)前能源緊張的局勢(shì)下,加快煤層氣的開發(fā)利用,對(duì)改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、能源的充分利用、安全生產(chǎn)和減少環(huán)境污染等具有重要現(xiàn)實(shí)意義。論文基于聲場(chǎng)提高煤層氣抽采率的方法,采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究,開展了聲場(chǎng)作用前后煤體微觀結(jié)構(gòu)、聲波在煤體多孔介質(zhì)中傳播規(guī)律、聲場(chǎng)作用下煤層氣滲流特性、聲場(chǎng)提高煤層氣抽采率的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究,研究取得的主要成果有:聲場(chǎng)作用后,煤體的孔隙結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)表現(xiàn)為“整體增大,離散性增強(qiáng),兩段式波動(dòng)變化”的特征,表明聲場(chǎng)作用改變了煤體的原生孔隙結(jié)構(gòu),增大了煤體的孔隙度、孔容和比表面積,增加了煤體的裂隙率、連通率。不加聲場(chǎng)和加聲場(chǎng)兩種條件下煤中甲烷滲流規(guī)律基本一致,隨著有效應(yīng)力增加,煤層滲透率呈負(fù)指數(shù)函數(shù)遞減。聲場(chǎng)作用下煤體滲透率大于不加聲場(chǎng),且煤樣滲透率隨聲場(chǎng)強(qiáng)度線性增大,隨作用時(shí)間的增加而增大,表明聲場(chǎng)能提高煤體滲透率。聲場(chǎng)作用能減緩應(yīng)力對(duì)煤體滲透率的傷害,提高煤體的滲透能力,聲場(chǎng)作用后煤體滲透率對(duì)應(yīng)力更敏感,高頻率聲場(chǎng)作用下的應(yīng)力敏感性系數(shù)高于低頻率聲場(chǎng)作用,因此在煤層氣抽采過(guò)程中,宜采用低頻高能的換能器。數(shù)值分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明,煤體的滲透率與應(yīng)力、溫度、孔隙壓力和聲場(chǎng)作用密切相關(guān),離聲場(chǎng)震源越近,作用效果越明顯,離聲場(chǎng)震源越遠(yuǎn),瓦斯流量衰減呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系。以上研究成果豐富并創(chuàng)新煤層氣高效開采理論,對(duì)高效抽采煤層氣、減少煤礦瓦斯事故具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。
[Abstract]:Our country is rich in coal bed methane resources, coal bed methane is a kind of high quality, high efficiency and clean new energy rising in the world in the last two decades. On the other hand, coal bed methane is also the harmful source of coal mine major disaster accident. Speeding up the development and utilization of CBM is of great practical significance in improving the energy structure, making full use of energy, safe production and reducing environmental pollution in China. Based on the method of improving the extraction rate of coalbed methane by sound field, laboratory test, theoretical analysis, numerical simulation and field test are used to study the microstructure of coal body before and after the action of sound field, and the propagation law of sound wave in porous medium of coal body. Under the action of sound field, the percolation characteristics of coalbed methane and the field test study of improving the extraction rate of coalbed methane by sound field are studied. The main results obtained from the study are as follows: after the action of sound field, the change tendency of pore structure of coal body is: "the whole increases, the dispersion increases," The characteristics of two-stage fluctuation show that the acoustic field changes the primary pore structure of the coal body, increases the porosity, pore volume and specific surface area of the coal body, and increases the fracture rate and connectivity of the coal body. The law of methane percolation in coal is basically the same under the condition of no sound field and no sound field. With the increase of effective stress, the permeability of coal seam decreases with negative exponential function. Under the action of sound field, the permeability of coal body is larger than that of unsound field, and the permeability of coal sample increases linearly with the intensity of sound field and increases with the increase of action time, which indicates that the sound field can increase the permeability of coal body. The effect of sound field can reduce the damage of stress to the permeability of coal and improve the permeability of coal. The permeability of coal is more sensitive to stress after the action of sound field, and the sensitivity coefficient of stress under the action of high frequency sound field is higher than that of low frequency sound field. Therefore, the low frequency and high energy transducer should be used in the process of coal bed methane extraction. The results of numerical analysis and field test show that the permeability of coal is closely related to stress, temperature, pore pressure and sound field, and the closer it is to the source of sound field, the more obvious the effect is and the farther away from the source of sound field. The attenuation of gas discharge is a negative exponential function. The above research results enrich and innovate the theory of high efficiency mining of coalbed methane, which is of great scientific significance and practical value for the efficient extraction of coalbed methane and the reduction of coal mine gas accidents.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE312

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