煤层排放钻孔直径和排放时间对排放半径演化规律的影响研究

煤层钻孔排放半径是局部防突的一个关键技术参数。为获得煤层钻孔排放半径与排放钻孔直径、排放时间之间的关系,以祁东煤矿为试验地点进行考察试验。采用现场试验与数值模拟的方法,分析在不同排放钻孔直径和不同排放时间下的煤层钻孔最大排放半径的演化规律。建立了一种排放半径计算方式;实测了祁东煤矿9煤层不同排放钻孔直径在排放不同时间后的最大排放半径;数值模拟获得水平方向上钻孔周围瓦斯压力呈现“U”形分布;排放时间相同情况下,煤层钻孔最大排放半径随着钻孔直径的增大而增大;排放时间和钻孔直径与排放半径分别满足不同的函数关系;获得了排放半径与排放钻孔直径与排放时间的耦合关系。     

钻孔瓦斯抽采半径的确定方法及实践

钻孔瓦斯抽采半径主要与煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采钻孔直径及负压、抽采目的和时间等因素有关。传统的抽采半径确定方法对于透气性较好、煤层测压条件较佳时可能得到考察结果,但效率较低;当煤层透气性差时,测定成功率极低,实用性差。为此,在已知煤层瓦斯含量基础上,选用直接测定钻孔瓦斯动态抽采流量,按照抽采目标确定抽采率进而确定钻孔不同抽采时间的抽采半径。实践表明,该方法具有较强的实用性。     

瓦斯压力对超前钻孔有效排放半径影响数值模拟研究

依据煤层瓦斯压力对瓦斯流动影响规律,应用数值模拟软件FLUENT建立煤层瓦斯压力对超前钻孔影响的数值模型,模拟分析了煤层瓦斯压力分别为0.85、0.95、1.05 MPa,超前钻孔排放直径为110 mm,煤层渗透率为4.0×10-14 m2条件下瓦斯压力对超前钻孔有效排放半径的影响。     

穿层钻孔瓦斯抽采半径研究

煤层瓦斯压力大、渗透率低等因素增加了瓦斯抽采工作的难度。针对煤层群条件下的穿层钻孔布置问题,以山西某矿为例,通过数值模拟,现场测试方法对瓦斯抽采半径与抽采效果进行了研究。运用COMSOL模拟软件,分析了φ75、φ94、φ113 m直径抽采钻孔与30、60、90、120 d抽采时间条件下的瓦斯压力演化规律。结果表明：φ113 mm直径钻孔的抽采效果最好,但考虑成本因素,最终选取瓦斯抽采钻孔直径为φ94 mm,极限抽采时间为120 d。通过压降法现场测定了山西某矿5^#、8^#、12^#煤层的有效抽采半径随时间的演化趋势。经瓦斯抽采效果评判,消除了矿井煤与瓦斯突出危险性。     

基于瓦斯流动理论的超前钻孔有效排放半径研究

为了准确测定超前钻孔的有效排放半径,从煤层瓦斯流动规律的角度探讨了排放钻孔的影响因素,发现在一定煤层内,由于受条件限制,采用改变钻孔直径和长度及煤层透气性系数等方法提高排放效果是有限的.根据钻孔瓦斯涌出量与排放时间的关系,基于新集一矿的现场实际,通过计算钻孔瓦斯涌出量的变化率准确判定了超前钻孔的有效排放半径,得出在13-1煤层φ91 mm超前钻孔的有效排放半径为0.8m.     

高压水射流割缝钻孔抽采影响半径研究

钻孔抽采影响半径是确定钻孔布置的基础参数,但关于高压水射流割缝缝槽形态及缝槽形态与钻孔抽采影响半径的影响关系目前尚无系统研究。根据缝槽形态实验结果将缝槽形态简化为圆盘,基于淹没射流结构理论分析缝槽圆盘尺寸,采用COMSOL软件研究不同条件煤层的割缝钻孔抽采影响半径,并进行现场测试试验。结果表明:割缝钻孔抽采影响半径与缝槽圆盘、渗透率、抽采时间、瓦斯压力等因素均呈幂函数关系,因素影响显著程度依次为渗透率、抽采时间、瓦斯压力、缝槽圆盘;高压水射流割缝缝槽体积与理论分析确定的缝槽圆盘体积的相对差值为8.33%,在抽采时间130 d时的实测钻孔抽采影响半径与数值模拟的相对差值为6.20%。     

突出煤层密集钻孔瓦斯预抽的数值试验

密集钻孔预抽瓦斯技术是一种防止煤与瓦斯突出的措施,为了提高预抽效率和合理布置钻孔,应用固气耦合RFPA2D-GAS数值试验系统,研究在不同煤层透气系数、钻孔间距、钻孔直径、煤层瓦斯含量系数和预抽时间等因素条件下,煤层瓦斯压力和抽采半径的变化规律。得出透气系数、钻孔直径越大,钻孔间距和瓦斯含量系数越小,煤层瓦斯压力下降幅度越大,抽采半径越大,达到消除煤层突出危险的瓦斯压力值所需的预抽时间越短;随着钻孔预抽时间的延长,瓦斯压力下降范围将扩大,抽采半径增加。并用工程实例进行了验证。     

基于Comsol的瓦斯抽放半径研究

煤层钻孔抽放瓦斯在煤与瓦斯突出矿井工作面的消突中起到非常重要作用,煤层钻孔有效抽放半径在抽放设计中是至关重要的设计参数,本文基于有限元软件Comsol对煤层钻孔周围的应力场和瓦斯压力分布进行了模拟计算,在此基础上分析了煤层钻孔的有效抽放半径,研究表明抽采负压对瓦斯抽放半径的影响很小,可为煤层钻孔抽放瓦斯提供借鉴。     

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COMSOL的钻孔有效抽采半径变化规律研究与工程应用

为了有效防治瓦斯灾害的发生,采用COMSOL数值模拟软件对钻孔抽采过程中瓦斯运移规律以及抽采时间与煤层瓦斯有效抽采半径的关系进行了分析研究。研究得出:在不同抽采时间段下,随着抽采时间的增加,瓦斯压力降低的范围越来越广泛;随着抽采时间的增加,有效抽采半径也随之增加,但是有效抽采半径的增长幅度逐渐减小,再经过拟合分析得到抽采时间与有效抽采半径的关系近似于幂函数关系。通过在云盖山煤矿一矿现场施工验证,得到了所采二₁煤层顺层钻孔有效抽采半径,为矿井顺层钻孔预抽回采工作面瓦斯提供了设计依据。     

单一特厚煤层瓦斯有效抽放半径测定

介绍了瓦斯抽放钻孔有效抽放半径的测试方法,并通过采用钻孔测试法以瓦斯压力p及钻孔瓦斯浓度η为考察指标来确定亭南煤矿某一直径钻孔的有效瓦斯抽放半径。经过现场考察及对测定数据的分析,最终确定亭南煤矿4#煤层抽放钻孔的有效抽放半径及抽放时间,为煤矿的瓦斯抽放钻孔的合理布置提供了依据。     

仿岩孔条件下顺层钻孔瓦斯压力测定技术研究

在利用煤孔测定本煤层瓦斯压力的过程中,为从根本上封堵煤层钻孔周围的裂隙,解决煤层钻孔易变形、塌孔的问题,提出了仿岩孔瓦斯压力测定方法。钻孔失稳破坏的力学分析表明,钻孔破碎带半径与围岩的岩性有关,提高围岩内摩擦角和内聚力是增大围岩强度的有效途径。通过分析煤层固化成孔的机理和数值模拟发现,高压注浆加固煤体可以增大孔壁围岩强度。现场对比试验表明:仿岩孔测压技术与岩孔测压差值为0.02 MPa,相对误差仅为3.85%,仿岩孔测压技术具有较好的可行性。     

Gas-solid coupling analysis and numerical simulation of the dynamic process of gas drainage

Based on the basic theory of gas seepage and coal seam deformation, using the numerical simulation method, this paper established the gas-solid coupling model of gas drainage from borehole. Using multi-physical coupling analysis software, the authors studied the stress change conditions around the drainage borehole, the influence of the gas drainage effect caused by the drilling gap, and the gas drainage effect under the conditions of different borehole radius and different permeabilities. The results show that the effective drainage radius is 1.03 m during 30 days of drainage. The effect of the diameter change of the drainage borehole is limited, but the influence of coal seam permeability is much bigger. After the same drainage period, the greater the permeability of coal seam is, the bigger the drainage radius is. For a low permeability coal seam, coal miners should take pressure-relief measures and increase the permeability to improve the drainage effects before draining gas through drilling.     

顺层钻孔水力压裂有效影响半径确定与抽采效果分析

为了增加煤层透气性，提高煤层瓦斯抽采效果，以某矿501工作面煤层地质条件为工程背景，采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法，对某矿煤层起裂压力、单次压裂时间、压裂流量、影响半径、压裂钻孔抽采效果等参数展开研究。结果表明，模拟压裂孔注水1 h后，煤层压力由压裂孔向周围迅速降低，最终呈现出以压裂孔为圆心的圆形区域的致裂范围，最大压裂半径达到8.315 m;当对压裂泵主动升压至38 MPa时，煤层瞬间破裂，压力回降，流量瞬间增大，且达到压裂泵额定流量值，此时，煤体破裂效果完美；4号压裂孔首次压裂已经接近压穿煤体，进行第二次压裂时，流量曲线增加比较平稳，说明该孔在之前已贯通大部分裂隙，压裂半径可达22 m;对水力压裂孔和普通钻孔进行抽采比较发现，压裂3号钻孔的瓦斯浓度平均达到17.68%效果最为显著，与普通钻孔相比其平均浓度为1号普通钻孔的4.77倍、2号普通钻孔的3.12倍。     

云盖山煤矿瓦斯治理钻孔有效抽放半径研究

针对不具备保护层开采条件的煤层,钻孔预抽煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出最有效的措施之一。钻孔有效影响半径是进行抽采方法选择、确定钻孔布置参数以及评价抽采效果的重要依据,钻孔间距过大,抽采范围内容易形成抽采盲区,达不到消突的目的;钻孔间距过小,虽然一定程度上提高抽采率、增大抽采量,但增加了不必要的钻孔布置工程量,容易造成人力和物力的浪费。因此合理有效地施工抽采钻孔对突出煤层进行消突,已成为保安全、促生产过程中不可缺少的重要环节。为避免钻孔设计及施工的盲目性,提高抽采钻孔的利用率及施工速度,对抽采有效影响半径的测试和确定已成为当前的首要工作。     

钻孔预抽煤层瓦斯运移规律研究

为了研究钻孔预抽煤层瓦斯运移规律,首先采用分源预测法,对某煤矿工作面瓦斯进行预测,得出回采工作面瓦斯涌出以开采层瓦斯涌出为主。分析了瓦斯抽放可行性和未卸压瓦斯抽放难易程度,确定该矿煤层为可以抽采煤层。然后,采用Fluent数值模拟软件分析了不同抽采时间的抽采影响范围。研究得出:钻孔抽采负压对煤层抽采半径的影响不大;抽采时间和钻孔直径对煤层的抽采影响较明显。研究为煤矿瓦斯抽放钻孔参数设置提供了理论指导。     

不同扩孔半径下的钻孔水力压裂数值模拟研究

利用RFPA数值模拟软件构建了钻孔水力压裂数值物理模型,分析了应力平衡状态对钻孔水力压裂的影响,研究了不同扩孔半径下的钻孔水压裂纹的发展演化规律。研究得出:破煤压力在钻孔开挖完待应力平衡后加载水压明显降低;随着钻孔扩孔半径的增加,破煤压力、分支裂纹初现水压、最终水压及平均范围角都将降低,水压主裂纹的长度将增加。研究为煤矿井下现场实施水力压裂技术提供了一定的理论支撑。     

水力冲孔布孔参数对高瓦斯突出煤层卸压效果影响的研究

水力冲孔的影响范围决定着钻孔的布置,合理的布置钻孔能够显著的提升煤层渗透率,增进瓦斯高效抽采,因此探究冲孔的影响范围非常重要。文章以平顶山八矿己15煤层为试验对象,先介绍了高压水力冲孔设备,并通过Flac3D软件进行模拟,比较了不同冲孔出煤量条件下的卸压效果和钻孔之间的相互作用,其模拟数据与现场试验结果相互验证。结果表明：钻孔直径,钻孔间距影响四周煤体的卸荷情况,煤孔的孔间距理论上在5m左右,出煤量的最优范围在0.37~1t/m之间,本文的研究结果可指导钻孔的排布位置,同时为水力冲孔的工程运用提供了技术借鉴。     

顺煤层快速测定抽采半径技术研究

对于高瓦斯低透气性煤层矿井,其钻孔抽采瓦斯衰减快、瓦斯含量赋存差异大,且不具备穿层钻孔施工条件,采用瓦斯压力测定抽采半径不可靠。通过对钻孔流量法测定抽采半径的过程进行深入研究,分析了影响其考察效果的技术难点,提出了分组平行钻孔布置和计量考察、数据筛选方法,并采用深孔定点取样对瓦斯含量进行准确测定,确定了经济合理的抽采达标指标,实现了顺煤层抽采半径的快速测定。     

三软煤层顺层瓦斯预抽钻孔变形规律研究及其控制

为防止三软煤层顺层预抽钻孔塌孔,提高瓦斯预抽效果,需合理确定抽采钻孔封孔方法,全程下筛管施工工艺防止塌孔。通过分析可知:二₁煤层强度低,且埋深大,埋深产生的地应力远远大于煤体强度是导致钻孔塌孔的主要原因。通过数值模拟可知:顺层钻孔呈现径向变形的特征,钻孔直径明显减小。13051工作面本煤层钻孔成孔后,采用“封孔管+封孔筛管+注浆管+专用封孔器”进行封孔,塌孔减少,抽采达标时间缩短了约35 d,残余瓦斯含量为4.69 m³/t,13051工作面瓦斯抽采达标。