基于气固耦合理论瓦斯注气半径影响因素模拟研究

为了能更加准确地分析影响注气半径的因素,以气固耦合理论为基础,利用COMCOL Multiphysics多物理场耦合软件对煤层注气影响半径进行了数值模拟。分析了不同注气时间、渗透率变化、注气压力变化对瓦斯注气半径影响。得到了钻孔垂直平面压力分布图和有效影响范围,对确定合理的注气时间和合理布置注气钻孔有一定的指导作用。     

煤层低压注气有效影响半径测定

注气置换解吸煤层瓦斯来防治煤与瓦斯突出是一种创新性的瓦斯突出防治新思维,目前正处于初始研究阶段。煤层注气半径是注气钻孔参数设计的最基本技术参数。利用流量法对新景矿煤层低压注气有效半径进行了测定,结果表明在注气压力为0.3 MPa时,注气有效影响半径为0.9 m。     

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。     

基于钻孔周边瓦斯压力的有效抽采半径精细化数值解算方法

针对煤层钻孔有效抽采半径表征不明晰的问题,首先确定了有效抽采半径所对应的瓦斯压力临界值,之后采用钻孔径向流场瓦斯压力表达式计算了钻孔周围瓦斯压力变化规律,通过现场实测数据验证了计算结果的可靠性,分析了抽采负压、透气性系数、钻孔半径、吸附常数等对煤层瓦斯压力分布的敏感性,最后根据临界瓦斯压力指标确定出了有效抽采半径,通过现场瓦斯瓦斯含量检测数据进行了验证,并推导了不同预抽时间下钻孔有效抽采半径与不同原始瓦斯压力的函数关系。研究结果表明,理论解算的瓦斯压力以及有效抽采半径值均与现场实测数据保持基本一致,瓦斯压力与抽采时间呈反比,与至钻孔的距离呈正比;抽采负压、透气性系数、钻孔半径、吸附常数b均与瓦斯压力呈负相关,吸附常数a则与瓦斯压力呈正相关;有效抽采半径随着抽采时间增加而增加,二者符合对数函数类型。通过推导出的有效抽采半径、预抽时间以及原始瓦斯压力函数关系式,能够方便快速计算得到对应的有效抽采半径,并确定合理的钻孔间距,对井下煤层瓦斯抽采钻孔精细化设计工作具有一定的理论意义。     

基于抽采评判指标的有效抽采半径确定方法

为合理确定顺层瓦斯钻孔有效抽采半径,依据煤层瓦斯流动达西定律、菲克扩散定律和质量守恒定律,建立了钻孔周围煤体瓦斯流动方程,分析了不同评判指标下有效抽采半径确定方法,并基于景福煤矿瓦斯衰减系数测算值采用抽采率指标法进行了有效抽采半径的计算,结果表明:有效抽采半径随时间增加而增大,逐渐趋于极限有效抽采半径1.4m;抽采时间为86d时,有效抽采半径增大速度减缓,抽采半径达1.33m,为极限半径的95%。     

钻孔周围瓦斯压力分布及抽放参数研究

为了分析钻孔抽采瓦斯运移规律,理论分析了煤岩体瓦斯运移规律计算方程,依据此建立了钻孔抽采瓦斯模型,然后数值模拟了不同抽采时间下瓦斯压力分布、不同理论下钻孔瓦斯有效抽采半径以及不同抽放时间下煤层渗透率变化规律。研究为矿井瓦斯抽放提供了借鉴。     

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。     

不同数量钻孔瓦斯抽采有效区域数值模拟分析

为了研究钻孔数量对煤层瓦斯压力及有效抽采区域的影响,采用三维数值模拟方法,计算并分析了单排不同数量钻孔抽采条件下煤层瓦斯压力及有效抽采区域的空间分布特征。结果表明:煤层瓦斯压力变化具有显著的时空响应特征,抽采初期钻孔数量对抽采半径之外的煤层瓦斯压力影响较小,但随抽采时间的增加,钻孔数量对其影响逐渐显现,抽采影响半径增大,瓦斯压力下降趋势加大;钻孔有效抽采区域空间分布形态及其范围受到钻孔数量与抽采时间的影响;有效抽采区域体积与抽采时间基本呈y=ax~b函数关系,且钻孔有效抽采区域体积与钻孔数量并未呈线性关系;在瓦斯抽采过程中钻孔之间会产生叠加效应,随抽采时间的增加叠加效应更加明显。     

基于COMOSOL的顺层钻孔有效抽采半径的数值模拟

为了能够准确地确定顺层瓦斯抽采钻孔的有效抽采半径,以煤层瓦斯赋存及瓦斯流动理论为基础,根据达西定律和质量守恒定律,以钻孔周围煤体瓦斯流动场为研究对象,建立了顺层瓦斯抽采钻孔的瓦斯流动方程,并以沁新煤矿为例,利用COMOSOL软件对抽采钻孔在不同的抽采负压和抽采时间下的瓦斯流动方程进行了数值模拟,确定出了合理的抽采负压、抽采时间及有效抽采半径。     

顺层钻孔瓦斯抽采有效半径的理论计算与现场应用

顺层钻孔瓦斯抽采有效半径的确定直接影响着本煤层瓦斯抽采方案的设计及瓦斯抽采效果的考察。首先对瓦斯抽采影响半径和瓦斯抽采有效半径的概念进行了基本界定,并在此基础上探讨了瓦斯抽采过程中本煤层瓦斯流动的理论模型,确定了理想煤层条件和理想抽采条件下本煤层中瓦斯的流动方程及其边界条件。根据现场提供的相关瓦斯基础参数,通过matlab软件模拟计算出了大顺煤矿K7煤层进行本煤层瓦斯抽采在不同抽采时间下的有效半径,结合现场通过传统的相对瓦斯压力法实测所得的有效半径数据,对比分析了理论模拟计算和传统现场实测方法的差异性及其产生原因,进一步验证了该理论计算方法的可行性,为本煤层瓦斯抽采有效半径的确定提供了简捷快速的方法。     

低透气性煤层钻孔瓦斯运移及抽放参数研究

运用瓦斯流动理论和岩土力学相关理论,研究深部煤层受采动影响后渗透特性变化情况及规律。依据淮南矿区某矿井地质情况,通过现场实测瓦斯基础参数,建立数学模型、实验室数值模拟等手段,综合分析钻孔瓦斯流量衰减规律,确定了研究矿井煤层钻孔有效影响半径和合理抽放时间,为实现煤与瓦斯安全高效共采提供了依据。     

突出煤层钻孔有效抽采半径测定新方法

 为了提高钻孔有效抽采半径的计算速度和精度,以卧龙湖煤矿7煤为研究对象,总结了现有瓦斯抽采有效半径测定方法,分析了瓦斯流动是应力场、变形场和瓦斯流动场间的动态气固耦合过程,提出了采用COMSOL模拟软件计算抽采有效半径的方法。基于达西定律,建立了瓦斯流动方程,设定了应力位移和瓦斯流动边界条件。将现场测定的瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯流量、透气性系数和抽采负压等瓦斯参数带入计算模型进行数值计算。结果表明：该方法相对于传统方法快捷简便,计算周期短     

煤层浅孔注水防突有效影响半径的测定

为确定低透气性突出煤层浅孔高压注水防突技术的有效影响半径,设计了一套煤层注水防突系统,在此基础上优化了防突钻孔的布置方案,并在平煤五矿己16,17煤层进行了现场试验与效果检验,实现了钻孔注水增透一体化,结果表明：煤层浅孔高压注水防突技术有效影响半径为2.5m,在有效影响半径内瓦斯涌出初速度平均提高了80%以上。     

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。     

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。     

基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术

针对现有煤层瓦斯有效抽放半径测定方法实用性差的问题,基于瓦斯压力和瓦斯含量的抛物线方程关系,推导出瓦斯压力变化与瓦斯抽采率的关系,发明了基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术。利用瓦斯压力随抽放时间的变化情况确定煤层瓦斯抽放半径与抽放时间的关系,进而确定抽放钻孔间距、抽放时间等抽放参数,避免了在设计抽放钻孔过程中出现抽放空白带和钻孔的无效重叠,提高了煤层瓦斯的抽采率。     

水力冲孔有效影响半径数值模拟

根据力学平衡方程和质量守恒定律及煤层渗透率、孔隙率、煤岩体积应变等参数的关系,建立了煤层底板巷水力冲孔气固耦合方程。通过模拟不同出煤量的水力冲孔有效影响半径变化,得出水力冲孔有效影响半径随冲出煤量和抽放时间的增加而增加。当冲出煤量为1 t/m时,有效影响半径为5.8 m,卸压增透效果十分理想。     

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.