顺层钻孔瓦斯有效抽采半径测定方法研究

为进一步提高煤层瓦斯有效抽采半径的精准度,实现高效率抽采,分析了建新煤矿4207工作面煤层瓦斯压力、瓦斯含量及抽采负压等参数对瓦斯有效抽采半径的影响,结合数值模拟与现场实测研究了煤层顺层钻孔有效抽采半径。研究结果表明：有效抽采半径与抽采时间呈正相关,随时间的推移不断扩大,但扩大的速率与抽采时间呈负相关,且有效抽采半径存在上限;通过计算百米钻孔瓦斯抽采纯量和自然衰减系数,进一步得到抽采衰减关系,推导出有效抽采半径的公式;通过抽采衰减关系可获得抽采半径为上限值时所使用的抽采时间,并将现场实测与数值模拟结果进行对比,发现二者基本吻合。     

叠加效应影响下钻孔有效抽采半径的数值模拟及布孔间距优化

针对煤层瓦斯预抽钻孔布孔间距存在盲目性和不确定性等问题,以流固耦合原理为基础构建煤层瓦斯抽采流固耦合数学模型,借助FLUENT数值模拟软件对煤层瓦斯预抽钻孔有效抽采半径进行数值模拟研究,在多钻孔数值模拟的基础上对建新煤矿4207工作面煤层瓦斯预抽钻孔布孔参数进行了优化。结果表明:钻孔有效抽采半径随抽采时间的增加呈对数形式增大;多钻孔抽采时孔间相互扰动可产生抽采叠加效应,布孔间距越密集,钻孔之间瓦斯压力下降幅度越显著;在90 d的预抽期内,建新矿单孔抽采的有效半径为2.02 m,多孔抽采的布孔间距为2.86~4.50 m。结合煤层厚度提出了正三角形的布孔方式,经现场应用瓦斯参数达标,布孔方案切实有效。     

煤层瓦斯抽采钻孔抽采半径考察技术研究

采用FLAC3D数值模拟软件研究了抽采钻孔周围应力、位移及瓦斯压力的分布特征,并在现场进行了抽采半径的实测,验证了数值模拟结果的正确性。研究表明:采用数值模拟和现场测试相结合的方法,能够方便、快速地确定抽采钻孔的合理布置间距,对节省抽采半径的考察时间和合理布置抽采钻孔有一定的指导意义。     

顺层钻孔抽采煤层瓦斯有效影响半径数值模拟及应用

确定钻孔有效抽采半径是煤矿瓦斯安全高效抽采的关键,本文结合实际矿井的基础参数资料,利用流体力学软件Fluent,通过软件内置的多孔介质模型,对流场区域添加用于表征多孔介质性质的阻力参数来实现对流体在多孔介质中的流动过程的模拟。结果表明:1该工作面的理论有效瓦斯抽采半径约为1.9m,该工作面的抽采间距可设计为4m;2煤层渗透率改变影响瓦斯运移的阻力的变化,从而能大幅影响煤层内瓦斯的运移速度,而抽放负压通过影响瓦斯运移的动力,在一定程度上也会影响钻孔瓦斯流量;3模拟结果与试验结果具有很好的统一。     

有效抽采半径与考察区域形状及布孔间距的关系研究

为了解决测定钻孔有效抽采半径过程中存在的问题,如考察区域形状对测定有效抽采半径的影响、现场大面积施工钻孔布孔间距与有效抽采半径的定量关系,采用理论推导的方法对相应的问题进行了修正。结果表明:不同的考察区域对应不同的有效抽采半径计算公式,分别就考察区域为长方体、圆柱体的情况,推导出了相应的有效抽采半径计算公式;现场大面积施工瓦斯抽采钻孔时,受相邻钻孔抽采叠加的影响,其有效抽采半径较单个钻孔有所增大,约为单个钻孔有效抽采半径R的1.34倍。     

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。     

基于叠加效应顺层瓦斯抽采布孔间距优化研究

针对顺层瓦斯抽采钻孔布孔间距存在的盲从性与模糊性等问题,通过数值模拟软件,研究分析相同布孔间距和不同布孔间距条件下受抽采叠加效应影响煤层瓦斯压力变化,并推导布孔间距与单钻孔抽采半径的关系式,以此确定合理布孔间距。结果表明：受抽采叠加效应影响,相邻钻孔内测瓦斯压力低于外侧同距离处瓦斯压力;随布孔间距的增加,相同位置处受抽采叠加影响逐渐减弱;以某矿M12煤层11122运输巷为考察地点,得出120 d的预抽期有效抽采半径为2.2 m,多孔抽采的布置间距为4.4～6 m,并验证了布孔间距与单钻孔抽采半径关系式的正确性,为现场瓦斯抽采治理提供一定的理论依据。     

瓦斯抽采影响因素及布孔参数优化模拟研究

为优化瓦斯抽采钻孔布置参数,基于流—固耦合模型,采用Comsol软件建立三维数值模型并进行解算,分析了钻孔间距、钻孔长度、钻孔直径和抽采负压4种参数变化对瓦斯抽采效果的影响。结果表明,钻孔间距和钻孔长度是影响抽采效果的重要因素,抽采负压和钻孔直径的变化对抽采效果影响较小。研究给出了钻孔长度、钻孔间距、抽采负压和钻孔直径的合理数值,可供类似条件借鉴。     

顺层钻孔瓦斯抽采半径数值模拟研究与应用

基于达西定律建立了煤层气固耦合数学模型,根据煤层瓦斯基本参数,模拟计算出泰来煤矿9号煤层在满足一定抽采率条件下抽采时间与有效抽采半径的关系。根据泰来煤矿9号煤层抽采时间与有效抽采半径的关系,将3 m抽采半径应用到了该矿69203工作面第1循环。通过效果检验,该段煤层残余瓦斯含量、残余瓦斯压力均已降至临界值以下,并且保证了有效抽采率,取得了良好的应用效果。     

顺层钻孔瓦斯抽采半径确定及抽采效果考察研究

针对河南九里山单一突出煤层特点,利用COMSOL Multiphysics软件模拟计算顺层钻孔瓦斯抽采半径,确定钻孔的布置间距,并对瓦斯抽采效果进行考察.研究结果表明,根据数值模拟结果确定1061工作面顺层钻孔的瓦斯抽采时间不小于6个月时,排放间距为1.5m;对瓦斯抽采效果进行考察,累计瓦斯抽采量为861.4万m3,抽采率达61.5％,残余瓦斯含量计算值和实测值、钻屑量S和钻屑瓦斯解吸指标△h2均小于《防治煤与瓦斯突出规定》或该矿区规定的临界值.     

结构异性煤层顺层钻孔方位对有效抽采半径的影响

为了提高煤层顺层钻孔瓦斯抽采效率,有效抽采半径的确定是关键。基于各向异性煤层瓦斯渗透率测试结果,建立了煤层瓦斯各向渗透异性的气-固耦合渗流模型,数值模拟了不同钻孔方位时瓦斯抽采有效半径的时变规律,分析了钻孔方位对抽采效果的影响。研究结果表明：煤层面割理和端割理方向渗透率均大于垂直层理方向渗透率;钻孔有效抽采半径随抽采时间增加呈幂指数增大;煤层有效抽采区域是以抽采钻孔为中心,最大抽采距离(平行层理方向)为长轴,最小抽采距离(垂直层理方向)为短轴的椭圆。平行层理沿端割理方向抽采孔的瓦斯抽采效果优于平行层理沿面割理方向的抽采孔。     

顺层钻孔瓦斯抽采钻孔合理布置的参数计算

钻孔有效抽采影响半径是确定钻孔布置参数以及预测瓦斯抽采消突时间的重要依据。确定顺层瓦斯抽采钻孔合理布置参数,采用数值计算的方式,对不同抽采时间下顺层钻孔瓦斯抽采有效影响半径进行计算,并现场考察验证。研究结果表明:相同抽采条件下,抽采钻孔直径为75 mm,抽采时间为120 d时,抽采影响半径达到了1.0 m;抽采时间为60 d时,抽采影响半径达到了0.5 m,与数值计算结果基本相同。在实际工作中应日常性收集煤层瓦斯赋存、瓦斯涌出等相关资料;经常分析瓦斯地质变化情况,在地质构造带或局部瓦斯富集区或煤厚变化地带进行采掘活动时,应采取安全技术措施。     

基于COMSOL钻孔有效抽采半径测定的数值模拟研究

为了准确测定霍尔辛赫煤矿3308工作面煤层钻孔有效抽采半径,合理布置钻孔间距,结合现场实测的煤层瓦斯压力和渗透率等参数,运用COMSOL-Multiphysics仿真软件对3308工作面钻孔的瓦斯涌出规律和有效抽采半径进行了模拟分析,并进行了现场实测验证。结果表明:有效抽采半径随着抽采时间的推进不断增大并最终趋于恒定值,整体呈正指数函数关系;瓦斯预抽率随着与钻孔距离的增加而不断减小并最终趋于恒定值,整体呈负指数函数关系;数值模拟和现场实测结果较为一致,钻孔有效抽采半径略大于15 m,现场每间隔30 m布置1个钻孔可大大提高煤层瓦斯抽采效果。     

高位钻孔瓦斯抽放技术理论与实践

工作面回采会导致上覆岩层卸压,并在采空区形成瓦斯流动和运移的“O”形圈裂隙,该处能够长期稳定抽放出瓦斯。通过数值模拟研究,分析、研究和实测了开采11-2煤层对上位12和13-1煤层的卸压效果、开采形成的采空区“O”形的存在位置以及高位钻孔瓦斯抽放的效果,研究表明,开采11-2煤层对12和13-2煤层卸压效果明显,煤层透气性系数增加了2880倍,高位钻孔瓦斯的抽放使13-2煤层瓦斯压力从4．5 MPa下降到0．5 MPa,瓦斯解析速度和钻屑量均处于安全值,确保了13-1煤层的安全开采。     

近距离上保护层开采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采参数优化

为确保近距离上保护层工作面的开采安全,同时有效抽采下被保护层的卸压瓦斯消除其突出危险性,开展了近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出规律研究,在此基础上对被保护层的卸压瓦斯抽采参数进行了优化。研究结果表明：下被保护层12煤层位于上保护层开采后形成的底臌断裂带内,层间裂隙发育充分,保护层工作面瓦斯涌出量大多来自被保护层的卸压瓦斯;在采用底板岩巷上向网格式穿层钻孔对被保护层进行卸压瓦斯抽采时,被保护层卸压瓦斯流向保护层工作面还是穿层钻孔由瓦斯在裂隙中流动形成的沿程阻力决定;被保护层12煤层穿层钻孔间距确定为1倍层间距大小,即穿层钻孔间距为16 m。工程应用表明,该设计参数能够满足保护层安全开采及被保护层消除突出危险性的要求。     

钻孔煤体破坏渗流模型及在煤层卸压抽采中的应用研究

为对比分析顺层钻孔在护孔和未护孔条件下的抽采效果,考虑煤体扩容特性,采用煤体孔隙率和渗透率动态数学模型,结合D-P屈服准则,建立了钻孔煤体破坏—渗流的流固耦合模型。以超化煤矿2煤层相关物理参数为基础,开展了钻孔卸压破坏范围及抽采瓦斯数值模拟,结果表明：钻孔发生卸压破坏后,虽然未护孔钻孔卸压范围是护孔钻孔的1.3倍,其周围煤体渗透率和孔隙率均大于护孔钻孔,但钻孔更易塌孔堵孔,当抽采90 d时,护孔钻孔有效抽采半径为未护孔钻孔的1.3倍。现场瓦斯抽采测定数据表明,护孔钻孔平均抽采瓦斯浓度为未护孔的1.6倍,平均抽采瓦斯纯流量为未护孔的1.4倍,并有效缩短了钻孔抽采时间。     

汾西煤矿水力冲孔钻孔有效抽采半径测定

为了提高汾西煤矿瓦斯抽采效率,在汾西煤矿1513下巷底板抽放巷、1515下巷底板抽放巷以及1511采区分别施工一个流量测试钻孔,用来考察水力冲孔抽采半径。研究结果表明:采用流量法与瓦斯含量法考察结果基本一致,为保证瓦斯抽采的可靠性和安全性,选择较小的测试结果作为煤层的有效抽采半径。研究结果可为汾西煤矿15号煤层瓦斯抽采设计提供依据。     

高瓦斯煤层群顶板定向长钻孔抽采技术研究

为了解决近距离煤层群瓦斯易超限问题,提出采用顶板定向长钻孔抽采技术。以万峰煤矿1201工作面为工程背景,采用数值模拟和理论计算方法,研究煤层开采后对邻近煤层的影响及合理的钻孔布置位置。受煤层开采影响,上下邻近煤层会发生卸压,导致瓦斯解吸,为了保障抽采效果,顶板定向长钻孔应布置在靠近回风巷的断裂带,在水平方向上要避开重新压实区。现场应用结果表明,瓦斯抽采过程可分为增长阶段、稳定阶段和衰减阶段,在稳定阶段抽采瓦斯浓度达60%～70%、瓦斯纯流量达5～6 m³/min、上隅角瓦斯浓度维持在0.3%～0.4%,抽采效果较好;增长阶段和衰减阶段抽采效果有所降低,分析认为这是由于断裂带范围未发展到顶板定向长钻孔位置和钻孔高度降低后钻孔完整性遭到破坏所致,可采取辅助措施对这两个阶段的邻近层和采空区瓦斯进行加强抽采。     

顺层钻孔抽采瓦斯影响因素分析

为了研究影响顺层钻孔抽采瓦斯的因素,采用理论分析和数值模拟的方法,分析了煤体有效应力,建立了顺层钻孔抽采三维几何模型,数值模拟了不同抽采时间下顺层钻孔周围瓦斯含量分布情况、不同抽采负压下顺层钻孔周围煤体孔隙率变化规律以及不同钻孔直径下顺层钻孔周围瓦斯含量分布情况。研究为顺层钻孔抽采瓦斯的钻孔设计提供技术支持。     

近距离煤层群卸压瓦斯抽采机理分析及工程验证

对于岩体而言,孔隙率应该是其固有的物理属性,而作者通过压汞实验发现煤体的孔隙率却可以随着受压和卸载作用有较大的变化,并直接影响煤层瓦斯区域预抽的效果。文章从如何增加预抽瓦斯量的本质出发,通过对孔隙率和游离瓦斯量的计算和分析,实验中利用压汞法测量被保护煤层煤样孔隙率,利用间接和直接方法测定区域瓦斯压力,通过计算分析和现场瓦斯抽采实测数据统计验证,孔隙度的增加对游离瓦斯量的增加和卸压瓦斯抽采效果的提升起到决定性的作用;并在实践中发现保护层工作面后方60m的范围内,其下伏被保护煤层的孔隙率和游离瓦斯量达到最大值,卸压瓦斯抽采效果最好。