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。     

本煤层瓦斯抽采钻孔有效半径分布规律研究

为了研究本煤层瓦斯抽采钻孔周围有效半径的分布规律,运用钻孔周围煤层瓦斯流动的连续性方程、理想气体状态方程、气体运动方程和瓦斯含量方程,建立本煤层顺层钻孔周围瓦斯压力分布规律数学模型。在煤层施工瓦斯抽采钻孔,现场测定不同钻孔深度的抽采负压,分析孔深和抽采负压的数学关系。最后建立钻孔周围瓦斯压力沿孔深的变化关系式,研究瓦斯抽采钻孔周围有效抽采半径的分布规律。发现抽采负压随着孔深的增加呈线性递减,钻孔有效抽采半径随着孔深的增加也呈现出递减的趋势。     

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。     

采动条件下顺层低渗透瓦斯抽采数值模拟研究

为了研究煤层在采动条件下,工作面顺层低渗透瓦斯钻孔抽采效果的关键影响因素及煤体瓦斯抽采渗流规律,通过煤层瓦斯渗流控制方程、煤体孔隙率和煤体应力变形控制方程,构建了煤体瓦斯抽采条件下瓦斯流固耦合数学模型;基于多物理场数值分析软件（COMSOLMultiphysics）建立瓦斯抽采数值模型,分析了单孔钻孔距回采工作面不同距离和多孔排布回采工作面不同推进距离下抽采瓦斯压力和消突区域分布。结果表明,抽采钻孔周边瓦斯压力逐渐降低,最终趋于稳定,钻孔距回采工作面越近,瓦斯压力下降速度越快,抽采效率越高,且消突区域随着开采推进距离增大而增大。研究结果为工作面瓦斯抽采钻孔参数的设计优化提供了有益的参考。     

发耳矿井瓦斯抽采半径的测定

为了提高抽采瓦斯钻孔的抽采效果,根据发耳矿井的现场测试,通过观察距穿层抽采钻孔不同距离的压力观测钻孔的瓦斯压力,利用瓦斯压力指标、瓦斯抽采率指标和灰色关联分析法相结合的方法进行分析,最终确定了7#煤层的瓦斯抽采有效半径,为突出工作面采掘工作前的预抽提供一定理论依据。     

瓦斯有效抽采半径影响因素研究

为了研究瓦斯有效抽采半径影响因素,测定了煤层透气性系数、煤层瓦斯吸附常数、煤的坚固性系数和煤的工业分析等煤层瓦斯基本参数,建立了均质煤层单孔抽采模型,采用COMSOL数值模拟软件,模拟了不同抽采时间下瓦斯压力变化规律、不同孔深和抽采时间下瓦斯压力变化曲线。研究为类似矿井瓦斯有效抽采半径的设计提供理论基础。     

云盖山煤矿瓦斯抽采效果考察

随着矿井开采深度的增加和开采强度的增大,煤与瓦斯突出问题越来越严重,煤层瓦斯压力、瓦斯含量、地应力加大致使突出矿井的突出危险性越来越严重,突出频率增加,突出强度增大,大型、特大型突出所占比例越来越大,煤与瓦斯突出已成为严重威胁矿井安全生产的主要问题之一。目前不具备保护层开采条件的煤层,井下钻孔预抽瓦斯是防治煤与瓦斯突出的主要手段之一,钻孔瓦斯抽采效果与煤层瓦斯含量、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。针对云盖山煤矿在瓦斯治理中采用的不同瓦斯治理钻孔,结合矿井实际生产条件和不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径的现场测试结果,对不同瓦斯治理钻孔的瓦斯抽采效果进行考察,验证了不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径等技术参数。     

非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律研究

为了提高煤矿瓦斯抽采率，节约瓦斯抽采时间，分析了非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律，采用透气性系数研究了非均质煤层瓦斯压力分布特点；分析了非均质煤层单钻孔瓦斯压力分布、原始瓦斯压力、原始透气性系数对有效抽采半径的影响。研究对指导现场瓦斯抽采以及促进煤矿安全生产具有重要意义。     

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。     

本煤层瓦斯抽采预期抽采时间分析

为了对工作面既定瓦斯抽采率进行合理抽采时间预期,根据开采层煤层地质条件、钻孔布孔方式及单位质量煤体瓦斯含量特征,采用Comsol Multiphysics软件对煤体瓦斯压力进行了模拟分析,确定了工作面不同瓦斯抽采率下,钻孔瓦斯压力变化情况及预抽时间。通过对所取煤样残余瓦斯含量测定,验证了数值模拟的结果较为可靠。     

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。     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。     

基于FLAC和Fluent数值模拟的煤层瓦斯运移规律研究

为了研究煤层瓦斯运移规律,确保矿井的安全生产,采用FLAC和Fluent数值模拟相结合的方法,分析了多孔介质瓦斯运移特征,研究了回采工作面瓦斯来源,主要由开采层瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出2部分组成,得到了煤层初始瓦斯含量与残存量的关系以及回采工作面瓦斯涌出量预测结果,模拟分析了不同钻孔直径下的周围煤体塑性区分布以及不同钻孔直径下抽采钻孔抽采影响范围。研究为实现煤与瓦斯共采提供了借鉴。     

赤孟博，边小涛

瓦斯事故严重影响了煤矿的安全生产,瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯事故重要的手段。为了对钻孔抽放煤层瓦斯运移规律进行深入研究,采用理论分析和Fluent数值模拟相结合的方法,在理论上研究了煤层瓦斯运移基本规律,主要研究了瓦斯在煤层中的运动方程、瓦斯的流动类型以及瓦斯流动的数学模型,然后采用Fluent数值模拟软件,模拟分析了瓦斯抽钻孔在不同抽放负压、不同抽放时间下的煤层压力分布变化情况。研究为瓦斯抽放钻孔合理参数设计提供理论基础。     

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。     

矿井瓦斯联合抽放技术应用

煤矿瓦斯治理有多种方法,联合几种抽放方式(例如本煤层抽放、采空区抽放、高位钻孔抽放、专用瓦斯巷抽放等)综合治理效果好,可提高工作面煤层开采的安全性,并取得显著的效益。     

顺层钻孔抽采影响范围叠加效果模拟研究

为了更加合理地对瓦斯抽采系统进行布置,对煤层瓦斯抽采过程中有效抽采半径、瓦斯运移规律以及钻孔之间的相互影响进行研究,采用COMSOL数值模拟软件,对单钻孔与双钻孔的钻孔瓦斯抽采情况进行对比,从煤层瓦斯压力的分布、抽采达标时间与钻孔瓦斯流量等方面进行对比分析。研究得出:随着抽采钻孔间距的减小,在同样的抽采时间内,钻孔周围瓦斯压力也逐渐降低;当钻孔的间距变小时,钻孔瓦斯抽采达标的时间也就越短,而且瓦斯减小的幅度也越大;在刚开始进行瓦斯抽采时,瓦斯流量下降率较大,但是随着抽采时间的增加,慢慢趋于稳定。