基于Klinkenberg效应的水力冲孔有效半径数值解算方法

根据瓦斯渗流场、地应力场与煤体变形场之间的耦合关系,建立了考虑Klinkenberg效应的瓦斯运移气固耦合模型。进行了不同出煤量条件下水力冲孔耦合模型的数值模拟研究,结果表明:水力冲孔有效半径随抽采时间与出煤量的增加而增加;Klinkenberg效应对低透气性煤层中瓦斯的运移起促进作用,随着抽采时间的增加其促进作用愈加显著;煤层瓦斯压力的降低促使煤体骨架受到的有效应力增加,煤体内孔隙被压缩,导致孔隙率与渗透率的降低。     

钻孔倾角对煤体应力及变形破坏的影响数值模拟研究

基于谢一矿C_(13)煤层的实际地质条件,建立了考虑D-P准则的钻孔数值模型,利用Comsol Multiphysics软件分别对不同钻孔倾角下孔洞周围应力场、位移场、塑性区分布规律进行数值模拟与分析。     

近距离突出煤层群水力冲孔卸压瓦斯抽采及效果评价研究

为高效评价近距离突出煤层群水力冲孔卸压瓦斯抽采效果,基于弹性力学、渗流力学和Klinkenberg效应等理论,建立了包含煤岩变形、瓦斯运移、孔隙率和渗透率演化数学方程的低透气性含瓦斯煤气固耦合模型,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件模拟分析了近距离突出煤层群水力冲孔钻孔周围煤体瓦斯压力与孔径之间的时空演化规律;基于质量守恒定律建立了近距离突出煤层群瓦斯抽采有效影响半径理论计算公式,并在贵州盘江煤电集团公司松河煤矿进行了工程试验及应用.得到以下结论:1)水力冲孔后,近距离煤层群各煤层的瓦斯抽采变化规律基本同步,水力冲孔的孔洞半径越大,影响半径越大,瓦斯抽采效果越好;2)现场试验结果显示,水力冲孔显著地改善了煤层瓦斯卸压抽采效果,且距离水力冲孔的孔洞越近,增透与卸压效果越好,瓦斯抽采体积分数和流量越大,考察孔对比结果确定了松河煤矿水力冲孔卸压抽采70 d的有效影响半径为4～5 m;3)将现场数据代入近距离突出煤层群瓦斯抽采有效影响半径理论公式中,得到的结果与数值模拟结果近似表明该理论公式的可行性.研究结果对近距离低渗透煤层群的瓦斯治理及效果评价具有良好的指导意义.     

夹矸对煤层瓦斯抽采影响的数值模拟研究

为解决含夹矸煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立瓦斯抽采的煤岩体变形控制方程、瓦斯运移控制方程和孔隙率与渗透率演化方程,结合瓦斯抽采的初始及边界条件,推导出了瓦斯抽采固气耦合模型。利用多物理场分析软件COMSOL Multiphysics,并结合某矿IV13煤层的实际地质条件,对煤层单一抽采钻孔周围煤体的瓦斯压力、渗透率、位移的分布规律进行了数值模拟与分析,确定了含夹矸煤层瓦斯抽采钻孔的孔间距,从而为含夹矸煤层抽采钻孔的优化布置提供了依据。研究结果表明,在瓦斯抽采过程中,随着煤体距钻孔距离的减小,煤层不含夹矸时钻孔周围煤体瓦斯压力下降幅度、渗透率上升幅度最小,钻孔周围煤体位移量最大;钻孔未穿过夹矸时钻孔周围煤体瓦斯压力下降幅度、渗透率上升幅度最大,钻孔周围煤体位移量最小。