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。     

赵庄煤矿瓦斯抽采系统优化研究

为了解决赵庄煤矿瓦斯抽采系统负压、浓度、流量偏低的问题,基于图论、计算流体力学理论,将瓦斯抽采系统作为网络树图,利用矿井瓦斯抽采网络解算系统计算矿井瓦斯抽采系统负压损失地点及主要原因;通过优化赵庄煤矿瓦斯抽采系统的管网、抽采负压、管径等,以降低抽采系统负压损失、提升抽采率;并重新模拟赵庄煤矿瓦斯抽采系统管路与瓦斯抽采泵的连接方式,确定最优方案,提升孔口负压和瓦斯抽采量,为提高煤层瓦斯抽采效率提供理论基础。     

负压对瓦斯抽采的作用机制及在瓦斯资源化利用中的应用

由于对负压在瓦斯抽采过程中作用机制认识不清,煤矿往往采用恒定的抽采负压,导致抽采的瓦斯浓度低、利用难度大,不利于瓦斯的资源化抽采与利用。建立了考虑基质瓦斯拟稳态扩散、裂隙瓦斯渗流、渗透率演化及煤体变形的瓦斯运移气固耦合模型,并采用Comsol Multiphysics对模型进行数值解算。分析了扩散及渗流过程对瓦斯运移的影响,研究了负压在瓦斯抽采过程中的作用机制。考虑抽采负压作用的变化,结合抽采瓦斯及漏风并联关系,获得了不同抽采负压下瓦斯浓度变化。结果表明随抽采时间增加,负压的作用逐渐减弱,降低抽采负压能够有效提高抽采瓦斯浓度。针对当前煤矿抽采瓦斯浓度低的现状,提出了抽采钻孔"分组并联"降低抽采负压、提高瓦斯资源化利用的技术措施。     

矿井瓦斯抽采负压损失分析及对策

钻孔瓦斯抽采负压是影响瓦斯抽采效果的因素之一。针对矿井瓦斯抽采管路负压损失过大的问题,对某矿瓦斯抽采负压损失情况进行了分析,结果表明,管径变化、积水、漏气、管内异物、联网方式不合理等因素对瓦斯抽采负压损失均有影响,造成工作面钻孔抽采负压较小。根据抽采负压损失影响因素提出相应对策,对减小负压损失有重要意义。     

大平煤矿穿层钻孔瓦斯抽采负压优化研究

针对大平煤矿在瓦斯抽采过程中出现的瓦斯抽采浓度低、有效预抽期短等不利于瓦斯抽采的现象,提出了大平煤矿穿层钻孔瓦斯抽采负压优化研究课题。采取综合分析试验钻孔不同抽采负压作用下孔口瓦斯参数衰减与孔内瓦斯浓度衰减结合的方法确定抽采负压。经21上部探巷现场试验分析表明:大平煤矿21上部探巷试验区域合理抽采负压范围为-25～-35 kPa,最佳抽采负压确定为-30 kPa。     

瓦斯抽采浓度自动化调控系统的研究与应用

通过对钻孔瓦斯涌出量、漏气量影响因素进行分析,认为在瓦斯抽采过程中存在一个最佳抽采负压值。通过探寻最佳负压值可以调整钻孔瓦斯抽采浓度,在保证最高抽采浓度的同时尽可能的降低漏气量,有效提高瓦斯抽采纯量。自主研发了瓦斯抽采管路浓度自动调控系统,在九里山矿进行了井下工业性试验,得到了最佳抽采负压,显著提高了抽采管路瓦斯抽采浓度及抽采纯量。     

同源抽采与混源抽采工况特性量化表征

为研究矿井瓦斯同源抽采与混源抽采工况参数差异特性,以底板岩层钻孔、采空区为研究对象,开展不同抽采状态下各主要节点(地面泵站、采区石门、支管孔板、钻孔孔口)抽采负压、体积分数、流量参数获取的现场试验,量化分析并表征同源抽采与混源抽采状态的工况特性。研究表明:管路敷设沿程抽采负压逐级降低,呈指数函数关系,抽采体积分数逐级增大且突增区间一致,抽采流量符合高负压低流量、低负压高流量的抽采特性;同源抽采瓦斯来源单一,抽采负压优势明显,单点敞开式的瓦斯来源是沿程压降的主要致因,当抽采负压提高至有富余能力使外界空气漏入时出现高负压低体积分数抽采,抽采混量近水平线性降低;混源抽采瓦斯来源复杂,多点敞开式瓦斯来源使系统抽采负压、体积分数整体较低,但抽采量补给作用明显,抽采混量逐级降低。同源抽采与混源抽采工况特性量化表征可为煤层瓦斯抽采参数的量化把控和动态调控提供较好支撑。     

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。     

基于COMSOL Multiphysics的超长钻孔瓦斯抽采数值模拟研究

利用COMSOL Multiphysics对马兰矿南5采区9#煤层采用的千米钻孔煤层预抽瓦斯来掩护集中回风巷掘进的工程,进行瓦斯抽采钻孔深度不同、抽采负压不同、抽采时间不同条件下瓦斯压力分布规律和抽采瓦斯总量的数值模拟研究。得出结论:瓦斯抽采初期,瓦斯抽采重点区域在径向距离较小以及钻孔较浅区域,随着抽采时间的增加,瓦斯抽采重点区域向径向距离较大以及钻孔深处转移;钻孔深度越大,瓦斯抽采难度越大,适当提高瓦斯抽采负压能够有效提高钻孔深处瓦斯抽采效率;抽采负压为13 k Pa,钻孔总深度为600 m时,抽采瓦斯有效时间为500 d左右;抽采负压为13 k Pa,钻孔总深度为700 m时,抽采瓦斯有效时间为600 d左右。     

抽采负压对本煤层瓦斯抽采效果的影响规律研究

对开元煤矿3710工作面前方煤体应力和钻孔瓦斯流量进行了现场实测,根据观测结果,将工作面前方煤体分为塑性变形区和弹性变形区。就抽采负压对不同区域瓦斯抽采效果的影响进行了现场实测,观测结果表明,抽采负压对塑性变形区钻孔瓦斯抽采量影响较大,随着抽采负压的增大,钻孔瓦斯抽采量按照对数函数增加;抽采负压对弹性变形区钻孔的瓦斯抽采量影响较小,弹性变形区的钻孔瓦斯流量随抽采时间按照负指数函数不断衰减。