抽放钻孔瓦斯流动模型及解算软件设计

抽放钻孔周围的煤层瓦斯流动可近似视为一维径向流动,其运动规律符合达西定律。根据煤体原始瓦斯压力、吸附常数、透气性系数等参数可对抽放钻孔周围瓦斯流动进行解算。本文建立了一维径向瓦斯流动数学模型,并编制了相应软件对该模型进行计算     

数值模拟在瓦斯抽放钻孔布置中的应用

为了获取合理的瓦斯抽放钻孔布置参数,以瓦斯渗流理论为基础,抽放钻孔周围径向流场为研究对象,建立了抽放钻孔周围瓦斯流动的数学模型。结合鹤煤九矿3104工作面具体开采条件,采用COMOSOL Multiphysics软件对钻孔瓦斯流场进行了数值模拟。实践表明:在该矿具体抽采条件下的瓦斯抽放钻孔布置参数是合理的。经抽放后效果检验,3104工作面消除了煤与瓦斯突出的危险性。     

合理钻孔间距和瓦斯抽放时间的理论分析与数值模拟

为确定合理有效的瓦斯钻孔间距和抽放时间,根据煤层瓦斯赋存与流动理论,论证了瓦斯径向流动方程与均质导热体中径向不稳定导热方程的相似性,探讨了借助ANSYS软件中的温度场分析功能来模拟瓦斯流动场的可行性。通过对比不同顺层平行钻孔间距和抽放时间的抽放效果确定了合理的瓦斯抽放参数。实践验证表明,合理的选取钻孔间距和充分的抽放时间能有效地防止瓦斯抽放钻孔的重复交叉,降低钻孔施工成本,缩短抽放所需时间,达到工作面安全性和经济性的双重目的。     

煤层瓦斯抽放参数计算

以达西定律为基础,建立了煤层瓦斯流动方程,并利用电子计算机进行数值求解。通过对阳泉七尺煤层现场实测数据的整理分析和模拟计算,探讨了阳泉七尺煤层的瓦斯抽放参数计算问题。由此得出,延长抽放时间对于提高瓦斯抽放率亦具有不可忽视的作用;当抽放时间受到限制时,要想提高瓦斯抽放率,与其增大钻孔直径,不如减小钻孔间距更为合理。     

低位短孔抽放上部邻近层卸压瓦斯的实践

通过对保护层开采后"三带"分布和瓦斯流动规律分析,进行了低位短钻孔抽放上部邻近层卸压瓦斯方式、方法研究,制定和实施有针对性的技术方案,减少了瓦斯抽放钻孔施工量,提高了瓦斯抽放效果。     

基于COMSOL Multiphysics的钻孔周围瓦斯流动规律数值模拟

对钻孔抽采瓦斯所使用的数学理论模型进行研究探讨,分别对钻孔抽采下的瓦斯平面径向稳定渗流和平面径向不稳定渗流计算模型进行了研究。以大黄山煤矿抽采钻孔为研究背景,运用数值模拟软件COMSOL Multiphysics,以穿层钻孔为例,分别对不同抽采时间(15、30、45 d)、不同孔径(94、180、300 mm)钻孔抽采条件下,钻孔附近的瓦斯流态进行了模拟,得到瓦斯流速场和瓦斯压力分布规律,对模拟结果进行分析最终确定合理的瓦斯抽放钻孔直径和抽放时间。     

基于LBM方法的裂隙煤体内瓦斯抽放的模拟分析

基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)建立了可模拟裂隙煤体内瓦斯抽放的二维动力学模型,对流场压力和流动速度的分布规律进行了模拟.模拟结果表明：抽放压力、钻孔位置对抽放效果有很大影响,抽放压力增大,瓦斯流动速度加快,瓦斯抽放率提高;但是当抽放压力达到某一值时,抽放率反而下降,这说明抽放压力存在一最佳值;改变钻孔的位置,在流场上、下侧偏心开孔时,抽放率低于在流场中心开孔,且流场中出现了涡流,流体在涡流处有较大的压力梯度.     

超短半径水平孔钻具及导向器的应用研究

高压水射流径向水平孔钻进技术是水平孔施工技术之一,它是在垂直瓦斯抽放或煤层气勘探钻孔布置机械或水力扩孔装置,对准选定的煤层部位进行扩孔。扩孔后下入特制的转向工具在300 mm的曲率半径内实现由垂直转向水平。该技术可以使用同一垂直钻孔,在不同煤层内完成多个水平钻孔。这些径向水平钻孔的形成,沟通了新的瓦斯流动通道,从而大幅度提高瓦斯抽放效率。     

穿层钻孔抽放煤层瓦斯数值模拟研究

矿井瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯问题、提高资源使用效益、确保煤矿安全生产的一种有效方法。为合理安排矿井抽掘采接替关系,确定穿层钻孔抽放参数,根据煤层瓦斯流动理论、质量守恒方程、真实气体状态方程、气体压缩系数方程,并以朗格缪尔方程作为吸附瓦斯解吸的数学规律,建立了穿层钻孔抽放煤层瓦斯数学模型,采用有限差分数值方法编制了计算程序,以全隐式格式确保计算过程的稳定性,根据实测煤层瓦斯参数进行了数值模拟计算,获得了穿层钻孔抽放条件下钻孔周围瓦斯压力分布情况以及钻孔有效抽放半径等抽放参数。分析表明,低透气性煤层抽放钻孔周围容易形成较高的瓦斯压力梯度,且在有限的抽放时间内有效抽放半径较小。数值模拟结果与现场实践基本一致。     

穿层钻孔抽放瓦斯效果考察

穿层钻孔是预抽工作面瓦斯最主要的措施,其抽放参数选择是否合理,直接影响到工作面瓦斯抽放效果。研究了抽放钻孔周围瓦斯流动规律,并在此基础上对抽放参数进行了考察,利用考察结果布置抽放钻孔解决了工作面消突及回采过程中瓦斯超限的问题,取得了较好的效果。