地面钻井抽采卸压瓦斯是一种高效的瓦斯抽采方法,该方法具有诸多优点,在国内得到了广泛的应用。然而,在地面钻井抽采过程中,时常出现瓦斯流量突然地或逐渐地下降的现象,导致这一现象的主要原因是抽采气流中携带的煤岩颗粒堵塞采动裂隙。目前煤岩颗粒堵塞裂隙的研究大多基于煤层气产气通道,针对采动裂隙缩径条件下颗粒运移与沉积规律的研究较少。因此,本文对采集自某矿抽采系统内的煤岩颗粒进行了分析,构建了水平单裂隙内气固两相流动实验系统,对含缩径裂隙内颗粒运移与沉积行为与气固两相流动参数及裂隙缩径几何参数对颗粒沉积的影响进行了实验研究。(1)通过对采集自某矿22612工作面及28620工作面高位钻孔抽采系统中的粉尘颗粒粒径分布、真密度及堆积角的测定,得到:两组颗粒粒径分布较为接近,主要分布在100μm~800μm的区间上,两组颗粒最频粒径均为352μm,即颗粒数量最多的粒径为352μm,颗粒粒径小于该值时,粒径占比逐渐增大,大于该值时,粒径占比逐渐减小;两组颗粒真相对密度值分别为2.04与1.84,大于一般烟煤的密度;两组颗粒的堆积角平均值为30.33°,具有良好的流动性。(2)研究了颗粒在含缩径裂隙中典型的运动行为,发现随气速降低,颗粒运动状态为:悬浮-沉降-沉积-堵塞,气速较大时,颗粒以悬浮状态在裂隙中运动,不易在裂隙内发生沉降,气速降低,部分颗粒无法维持悬浮状态,开始沉降,沉降到一定规模形成沉积,沉积持续发展使裂隙堵塞。基于此,存在临界沉积气速及有效堵塞气速这两个临界值,临界沉积气速是颗粒沉降到沉积的临界点,有效堵塞气速是颗粒沉积到形成堵塞的临界值,使用粒径范围为200-300μm、300-550μm、550-700μm的三个粒径组进行实验,临界沉积流速分别为1.39m/s、1.56m/s、1.79m/s,有效堵塞流速分别为1.16m/s、1.42m/s、1.68m/s。(3)揭示了颗粒沉积的典型规律:颗粒沉积在时间上分为三个阶段。第一阶段为水平发展阶段,颗粒沉积在水平方向上形成三个互不相连的颗粒床,随后逐渐沟通,这一阶段历时约60min,颗粒沉积高度发展较慢,沉积质量占比为53.78%~61.89%,局部阻力整体稳定、少量波动;第二阶段为垂直发展阶段,历时100min,颗粒沉积高度迅速增加,沉积质量占比达到了80%以上,局部阻力快速增大,由之前的9.4Pa增大到了12.9Pa;第三阶段为稳定阶段,颗粒沉积高度不再增长,沉积质量不再增加,局部阻力趋于稳定。由水平发展阶段颗粒沉积有一定发展但局部阻力整体稳定可知,当沉积高度未达到一定程度时,局部阻力不会增长,而是会处于一个相对稳定的状态。(4)对两相流流动参数与缩径几何参数对颗粒沉积的影响进行了研究,输送气速、颗粒粒径及固气比等因素是通过改变两相流运动能量而影响沉积,即为主动性影响因素,如输送气速增大,颗粒沉积距缩径距离分别为110cm、106cm、84cm与51cm,由此导致颗粒沉积发展时间、高度、质量及局部阻力的不同;缩径比与缩径角度是通过自身造成的局部阻力及碰撞作用影响颗粒沉积,即为被动性影响因素,如当缩径比增大时,其自身局部阻力由6.6Pa上升至27Pa,这导致两相流运动的能量损失随缩径比增大而增大,缩径前沉积高度也随之增高,分别为6.5mm、7.5mm、10.5mm及12mm。(5)对以上因素的影响程度进行了排序,影响程度由高到低为:输送气速>颗粒粒径>固气比>缩径比>缩径角度,以局部阻力增量的敏感性系数为例,输送气速的敏感性系数为6.22,颗粒粒径为3.29,固气比为2.78,缩径比为0.7,缩径角度为0.5。可见输送气速是影响颗粒沉积的第一要素,同时,颗粒沉积的主动性影响因素大于被动性影响因素。本论文有图58张,有表6个,参考文献63篇。