煤层钻孔瓦斯抽采效果影响因素分析

为研究瓦斯抽采效率的影响因素，考虑吸附瓦斯与游离瓦斯建立了煤层瓦斯流动的流固耦合模型，本文采用COMSOl数值模拟软件，分析了不同初始地应力、初始渗透率以及钻孔直径条件下的瓦斯抽采效果以及抽采有效半径变化情况。研究结果表明：初始地应力、初始渗透率和钻孔直径均会影响瓦斯抽采效果，但其对瓦斯抽采效果的影响程度不同；抽采有效半径对初始渗透率的变化最敏感，钻孔直径次之，对初始地应力的敏感程度最低；在某一钻孔直径范围内，瓦斯抽采效果随钻孔直径的增加变化不明显，而超出此范围后，抽采效果有明显提高，选择合适的钻孔直径对于提高瓦斯抽采效果具有重要作用。     

基于RFPA的钻孔瓦斯抽采参数数值模拟

应用RFPA2D-Flow软件,对影响钻孔瓦斯抽采效果的钻孔直径、抽采时间和抽采负压进行了数值模拟研究,分析了瓦斯抽采过程中煤层瓦斯的径向流动情况。结果表明:增大钻孔直径能够使钻孔周围煤体卸压范围增加,大幅度提高煤层瓦斯抽采效果;随着抽采时间增长,瓦斯抽采效果越好,但抽采效率会降低;抽采负压降低,抽采半径增幅较小,对瓦斯抽采效果影响不大。     

顺层钻孔瓦斯抽采半径的关键影响因素数值模拟研究

为考察顺层钻孔设计参数的差异对瓦斯抽采半径的影响,采用COMSOL数值模拟研究瓦斯抽采半径在不同钻孔布置方式和设计参数下的影响规律。研究发现,消突区域随着抽采钻孔间距的增大而增大,不同钻孔间隔下的布置方式对抽采效果有较大影响。另外,消突区域直径随着钻孔直径的增大也逐渐增大,相比单个顺层钻孔,钻孔耦合时,钻孔直径的变化对瓦斯抽采效果影响不大,因此在顺层多孔耦合的条件下,通过增大钻孔直径的方法来扩大消突区域是不可行的。随着抽采时间的延长,顺层、多孔耦合钻孔的消突区域逐渐增大,其消突区域有一个阈值,一段时间后,再继续抽采瓦斯已经没有效果。随着抽采负压的增大,钻孔抽采影响半径有小范围增大,但增大的幅度远远小于抽采负压的增大幅度,直到稳定在某个定值上。随着抽采时间的增加,顺层钻孔单孔的抽采瓦斯流量逐渐降低,且降低的幅度逐渐减弱,最终逐渐靠近于某一个定值。单孔瓦斯流量与抽采时间之间呈现指数关系,并对此结论进行现场验证,研究结果对煤矿顺层瓦斯抽采钻孔设计具有一定指导意义。     

低渗煤层大直径钻孔瓦斯抽采参数优化研究

针对低渗煤层瓦斯抽采存在预抽难度大的问题,提出大直径钻孔预抽能够降低低渗煤层瓦斯含量的方法。但由于低渗煤层对气固耦合效应影响敏感,抽采中渗透率变化过程不明确,导致大直径钻孔抽采参数设计依据不足。首先分析了低渗煤体渗透率演化的主控因素,建立了煤层瓦斯运移理论模型,模拟研究了大直径钻孔不同工况下对低渗煤体的瓦斯抽采效果,对比分析不同孔径、负压、孔间距下煤层瓦斯渗流规律。结果表明钻孔孔径越大造成的煤体卸压区越大,瓦斯抽采量越高,瓦斯残余含量也越小,但抽采效果增加幅度逐渐降低。负压越大瓦斯抽采量越大,但差别较小,因此负压对提升抽采效率影响较小。受渗透率演化的影响,不同钻孔间距下瓦斯抽采总量差别较大,在间距为3 m时,40～120 d阶段内抽采量最高,后期抽采量缓慢下降。间距5 m时抽采总量最高,抽采范围内的瓦斯残余含量降低较多。现场优化抽采后的瓦斯抽采纯量与模拟结果一致,表明了研究结论可靠。该研究结果可为煤矿井下大直径钻孔瓦斯抽采参数设计提供理论依据与应用参考。     

五阳煤矿低透气性松软煤层瓦斯抽采参数优化数值模拟

煤层透气性低,煤质松软,抽采难度大,抽采率低是目前五阳煤矿瓦斯抽采存在的主要问题,根据煤与瓦斯的耦合作用机理及煤层瓦斯的运移规律,深入分析五阳煤矿现有瓦斯抽采系统,利用RFPA2D-Flow建立本煤层瓦斯预抽钻孔数值模型,对比分析回采巷道先抽后采过程中平行钻孔预抽时间、钻孔间距和抽采负压对瓦斯抽采效果的影响,最终确定其合理的抽采参数,提高瓦斯抽采率。     

祥升煤业15506工作面顺层长钻孔抽采技术研究与应用

为有效降低15506工作面的瓦斯含量,保障本煤层预抽效果,采用Fluent数值模拟软件进行抽采钻孔参数模拟分析,基于模拟结果得出抽采负压、抽采时间及钻孔直径与瓦斯抽采效果间的关系,结合工作面瓦斯赋存特征进行大直径长钻孔瓦斯抽采方案设计,并在抽采方案实施期间进行抽采数据监测分析。结果表明:大直径长钻孔抽采方案实施后,预抽区域瓦斯含量大幅降低,瓦斯抽采效果显著。     

瓦斯抽采钻孔负压沿孔长动态变化特性研究

通过分析孔口负压、瓦斯流量等参数对钻孔孔内负压分布影响的基础上,得出了抽采钻孔负压沿孔长的动态分布规律,抽采负压沿钻孔长度方向逐渐减少。通过对不同瓦斯流量、不同孔口负压对孔内负压分布的影响研究,得到抽采钻孔负压分布与钻孔长度服从负指数关系;随着钻孔流量的增加,孔内负压损失逐渐升高,两者符合幂指数关系。     

定向长钻孔孔内负压分布及其有效抽采半径研究

为了解决定向长钻孔孔内负压分布模型不准确,长钻孔瓦斯抽采参数理论依据不足等问题,通过分析抽采负压与煤层瓦斯流动的关系,构建了定向长钻孔孔内负压分布模型,利用COMSOL软件数值模拟了定向长钻孔孔内负压非定常分布的有效抽采半径,并提出了“压茬效应”这一概念。研究结果表明：孔口负压与定向长钻孔孔内负压大小呈正比。在不同孔口负压下,分支长钻孔孔内负压与钻孔长度均呈线性关系,负压损失量和百米负压损失均随钻孔长度的增大而增大。提出了“压茬效应”这一概念,将定向长钻孔末端100 m的钻孔作为压茬钻孔,在瓦斯抽采效果检验时不做检验。同时,将钻孔孔深700 m处的有效抽采半径作为定向长钻孔的最终有效抽采半径。最后,利用残余瓦斯含量法得出某矿定向长钻孔抽采180 d的有效抽采半径为5.0 m,与数值模拟结果保持一致。     

北庄煤矿瓦斯抽采效果影响因素数值模拟研究

为了分析不同因素对瓦斯抽采效果的影响程度,为合理确定瓦斯抽采方案提供支持,总结归纳了瓦斯抽采效果影响因素。以阳城县北庄煤矿3~#煤层瓦斯参数、钻孔参数等井下实测数据为计算基础,建立数学模型,采用计算机数值模拟的方法,对钻孔抽采量与抽采时间、煤层透气性、钻孔间距、钻孔孔径,以及与抽采负压之间的关系进行了研究,结果表明:提高瓦斯抽采量的关键是增加煤层透气性;同时在煤层透气性不变的情况下可采取保证足够抽采时间、增加钻孔密度、适当增大钻孔孔径和提高抽采负压等措施进行瓦斯抽采,以提高瓦斯抽采量,达到预期抽采效果。     

漳村煤矿不同条件下的瓦斯抽采效果模拟分析

影响矿井瓦斯抽采效果的因素有很多,比如煤体的渗透率、孔间距、抽采负压、瓦斯压力、封孔的长度等等,而通过现场实测的方式来获得瓦斯抽采参数对抽采效果的影响一般工程量较大,并且不一定能够达到预期的效果,因此,文章主要针对试验矿井的具体情况,通过数值模拟的手段,研究其他条件不变时,漳村煤矿试验区域内不同瓦斯压力、抽采负压和煤体渗透率条件下对抽采效果的影响。     

顺层钻孔抽采瓦斯影响因素分析

为了研究影响顺层钻孔抽采瓦斯的因素,采用理论分析和数值模拟的方法,分析了煤体有效应力,建立了顺层钻孔抽采三维几何模型,数值模拟了不同抽采时间下顺层钻孔周围瓦斯含量分布情况、不同抽采负压下顺层钻孔周围煤体孔隙率变化规律以及不同钻孔直径下顺层钻孔周围瓦斯含量分布情况。研究为顺层钻孔抽采瓦斯的钻孔设计提供技术支持。     

定向孔抽采特性对布孔参数响应变化规律研究

为了确保定向钻孔布置的合理性，进一步提高钻孔抽采瓦斯效果，通过数值模拟和现场工业性试验的方式进行定向孔抽采特性对布孔参数响应变化规律研究。研究结果表明：定向长钻孔抽采效果沿孔轴线方向呈递减趋势，整体影响范围呈圆台状；抽采负压一定情况下，定向钻孔开2个分支抽采效果较好，控制范围内瓦斯含量降幅较大，钻孔布置综合性价比较高；钻孔控制区域残余瓦斯含量与有效影响范围内空间位置耦合呈双指数变化规律。研究结果可为定向钻孔设计参数选取、抽采效果预评价提供参考。     

东曲煤矿大直径钻孔瓦斯抽采治理技术研究

上隅角瓦斯浓度超限问题严重影响煤矿安全生产工作，针对东曲煤矿瓦斯抽采流量低、工作面瓦斯浓度超限等问题，采用数值模拟方法对150 mm、250 mm、350 mm直径钻孔，以及-45 kPa、-30 kPa、-15kPa抽采负压的瓦斯抽采效果进行对比。以28802-2工作面为例，选取350 mm大钻孔与-45 kPa抽采负压进行30 d的瓦斯流量与浓度监测，结果表明瓦斯治理取得了良好效果。     

艾维尔沟矿区抽采半径影响因素及其影响程度分析

为了掌握艾维尔沟矿区突出煤层瓦斯抽采半径的影响因素及其影响程度,采用Fluent14.0对抽采钻孔周围瓦斯流动的压力场和速度场进行数值模拟研究,并分析了钻孔直径、抽采负压及煤层渗透率对抽采半径的影响及影响程度。结果表明,钻孔周围煤体中瓦斯压力分布从钻孔中心向外增大,瓦斯流动速度分布从钻孔中心向外减小;钻孔直径、抽采负压和煤层渗透率对抽采半径具有影响,影响程度从大到小依次为煤层渗透率、钻孔直径、抽采负压。     

基于大数据统计分析确定煤层瓦斯抽采合理负压

针对有瓦斯抽采历史矿井如何调整抽采负压的问题,采用大数据分析方法对此进行了研究。总结了我国瓦斯抽采现状及存在的问题,研究了负压对煤层瓦斯抽采效果的影响机理,分析了矿井瓦斯抽采历史统计数据,发现负压为影响钻孔瓦斯抽采效果的主要因素,直接影响着瓦斯抽采量和抽采浓度。研究表明,钻孔瓦斯抽采纯量、抽采浓度与抽采负压呈现明显的二次函数关系,并通过极值法确定最佳抽采负压为30.78～34.50 kPa,据此调节后矿井瓦斯抽采效果良好、稳定。     

瓦斯抽采半径影响因素数值模拟分析

瓦斯事故严重威胁煤矿高产高效发展,瓦斯抽采对于煤矿安全具有重要意义,有效抽采半径对于瓦斯钻孔布置具有至关重要的作用,以山西某煤矿为实验矿井,基于广义偏微分方程以及瓦斯赋存和流动理论,采用COMSOL数值模拟软件对瓦斯抽采时间、钻孔直径、抽采负压对于钻孔有效抽采半径进行分析研究,研究结果表明,抽采时间对于有效抽采半径影响最大;瓦斯压力随着时间的增长呈现减少-稳定的变化趋势;钻孔半径和抽采负压对于有效半径影响较小,其最优结果为82 mm和10 kPa。     

回采工作面采空区插管抽采参数优化

为优化回采工作面采空区插管参数,针对布尔台煤矿采用的联巷插管或煤柱大直径钻孔桥接采空区的回采工作面采空区瓦斯治理措施,采用FLUENT软件进行了数值模拟分析。结合42201综放工作面瓦斯抽采方式及抽采参数为基础数据,对采场瓦斯分布规律及采空区插管间距、插管管径、插管深度、抽采负压等插管抽采参数进行模拟。获得了不同抽采参数状态下的运移规律和瓦斯抽采效果,进而确定了采空区插管的插管间距布置为60 m、抽采负压保持在10~20 kPa、主辅进风比为1.5∶1~3∶1等最优技术参数。     

不同钻孔抽采参数下瓦斯运移规律研究

为了研究不同钻孔影响参数下瓦斯运移规律,分析了调研区瓦斯治理方式以及瓦斯—空气混合气体渗流控制方程,采用Comsol Multiphysics数值模拟,建立了瓦斯抽采数值模型,分析了不同瓦斯抽采负压、封孔长度以及钻孔孔隙率条件下瓦斯抽采浓度变化规律。研究为后期瓦斯抽采参数的设计提供了理论支持。     

焦作矿区本煤层瓦斯抽放参数优化

木文通过对钻孔长度、钻孔直径、抽放负压、抽放时间等瓦斯抽放参数进行现场试验考察，优化了焦作矿区本煤层瓦斯抽放参数，建立了抽放钻孔布置间距的计算方法。     

基于定向长钻孔抽采瓦斯的数值模拟研究

针对新疆榆树田煤矿定向长钻孔预抽煤层瓦斯问题,结合5号煤层及顶底板岩层参数,建立了5号煤层瓦斯流固耦合随动渗流模型,分析了在一定的抽采负压和抽采时间下,定向长钻孔长度及钻孔间距对煤层瓦斯抽采量的影响。在抽采负压不变的情况下,瓦斯抽采总量会随着钻孔长度的增大而增大,但当钻孔长度增大到650 m左右时,瓦斯抽采总量趋于稳定,定向长钻孔合理长度定为650 m;钻孔间距越大,瓦斯抽采量越少,在钻孔间距从5 m增加到20 m的过程中,间距每增大5 m,抽采量约减少5%～7%。