基于流固耦合模型瓦斯抽采钻孔参数优化研究

确定合理的顺层钻孔参数是提高煤矿瓦斯抽采效率的重要手段。考虑了瓦斯抽采过程中煤体变形产生的基质收缩以及瓦斯压力变化,借助COMSOL模拟软件,以瓦斯压力小于0.74 MPa的抽采区域为有效抽采半径区域,分析了不同钻孔间距下双孔及三孔瓦斯抽采效果,并在9306巷道进行瓦斯抽采试验。结果表明：双孔布置下瓦斯抽采效果随钻孔间距增加呈现出两个阶段,钻孔间距小于3 m,抽采时间较短时抽采效率高但后期下降较快,间距大于3 m,抽采效果均低于钻孔间距d=3 m的抽采效果,三孔布置下钻孔间距d=3.5 m时抽采效果最佳。此外,制定了每个钻孔有效抽采区域面积量,通过比较得出了三孔布置且间距d=3.5 m时瓦斯抽采效果最好,在9306巷道进行了瓦斯抽采试验,试验结果与模拟值相差约2.8%,证明该模型在试验矿井具有良好的适用性,可为钻孔的设计和优化提供一定的理论依据。     

瓦斯抽采钻孔合理间距的数值模拟分析

瓦斯抽采是防治瓦斯灾害的有效措施之一.本文以大宁煤矿303工作面的瓦斯赋存情况为研究对象,为煤层瓦斯流动建立了数学模型,利用Comsol Multiphysics进行数值模拟分析。研究了不同钻孔间距对瓦斯抽采效果的影响,并得出结论:确定了8m为本煤层合理的钻孔间距,此时,在抽采和经济效果两者之间得到了满意的平衡。     

煤层瓦斯合理预抽期研究

根据钻孔抽采效果影响因素分析,以及山西某矿工作面合理抽采半径的测定结果,建立了合理的煤层瓦斯预抽期评价模型。根据该工作面实际条件,得出不同钻孔间距对应的预抽率及预抽时间。考虑采掘交替、抽采成本等因素,确定该工作面合理钻孔间距为2.5~3.0 m,合理预抽期为210 d,为该煤矿同煤层开采钻孔间距及预抽期的确定提供一定的借鉴。     

基于孔-裂隙双重介质模型的有效抽采半径应用研究

为了合理布置瓦斯抽采钻孔,提高瓦斯抽采效率,以亭南煤矿为研究背景,基于孔-裂隙双重介质模型及瓦斯流动理论,建立了气固耦合流动瓦斯抽采模型;借助COMSOL软件,研究单一钻孔抽采半径及多钻孔布孔间距对瓦斯抽采效果的影响。研究表明：抽采120 d时,单一钻孔抽采瓦斯的有效抽采半径约为1.4 m。多钻孔抽采中,钻孔间距为2 m、3 m、4 m时,钻孔有效抽采区域在钻孔周围大致呈圆柱状分布;钻孔间距为5 m、6 m时,钻孔有效抽采区域虽有所扩大,但各钻孔所围成内部区域的瓦斯抽采效果减弱。抽采120 d时,不同钻孔间距下的有效抽采区域体积排序为V_d4>V_d3>V_d2>V_d5>V_d6,综合考虑不同钻孔间距下有效抽采瓦斯区域变化情况,得出适用于亭南煤矿的最优布孔间距为4 m。研究结果为井下瓦斯钻孔合理布孔间距的判定提供参考。     

保德煤矿煤层瓦斯合理预抽期及钻孔布置方式的研究

通过在保德煤矿五盘区施工4组不同间距的试验预抽钻孔,并对试验孔数据进行了为期3个月的统计分析,以试验孔分析结果和保德煤矿历年瓦斯抽放数据作为依据,对保德煤矿瓦斯预抽钻孔最佳布孔方式和保德煤矿8#煤层瓦斯合理预抽期进行研究。确定了保德煤矿8#煤层合理预抽期为18个月,平行预抽钻孔最佳孔间距为10 m。     

基于不同孔间距数值模拟的钻孔瓦斯抽采有效半径确定方法

为了测算本煤层顺层钻孔抽采有效半径,通过在实验室数值模拟和现场测试不同孔间距时瓦斯抽采效果,得出钻孔压力、瓦斯浓度与抽采有效半径之间的关系。实验表明:煤层透气性系数和抽采时间是决定抽采半径的主要因素;抽采负压与抽采时间协调一致非常重要;平煤八矿15#本煤层顺层钻孔最大孔间距为3~4 m。     

保德煤矿定向长钻孔区域瓦斯抽采布孔方案试验研究

为解决高瓦斯矿井高强度开采条件下,煤层瓦斯预抽效率低、难度大、钻孔集中度差的问题,以保德煤矿81311工作面为试验区,基于COMSOL数值模拟软件建立定向长钻孔瓦斯抽采模型,根据钻孔抽采达标判定依据,通过模拟分析在不同布孔间距下煤层瓦斯压力随抽采时间的变化规律,优选布孔方案并进行工作面长钻孔区域预抽试验。研究结果表明：在相同孔径和抽采负压条件下,沿工作面走向定向长钻孔布孔间距为20、27、35 m时,抽采达标分别需123、215、357 d;对布孔间距为27 m的本煤层定向长钻孔抽采方案进行了现场试验,瓦斯抽采纯量随时间呈现初期指数式上升、中期波浪式上升、后期快速衰减的阶段性规律;实测抽采350 d单孔平均瓦斯抽采纯量为1.669 m³/min,预抽250 d抽采纯量峰值为2.680 m³/min,瓦斯抽采衰减系数小。     

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。     

MATLAB在确定瓦斯钻孔间距的应用研究

瓦斯涌出是威胁煤矿安全生产的主要因素之一。在新矿井、新水平和新采区投产前,都应进行矿井瓦斯抽放,确定合理的钻孔抽放间距是提高瓦斯抽放率和确保工作面安全生产的关键。利用MATLAB对五虎山煤矿1201工作面钻孔的抽放半径进行数值模拟来取得合理的钻孔间距,为确保瓦斯的抽放效果提供了科学依据。     

工作面瓦斯采前预抽合理钻孔间距探讨

 为了解决国内许多矿井回采工作面本煤层瓦斯采前预抽钻孔间距设计缺乏理论依据,主要依赖经验的问题,建立了瓦斯流动方程,编制了瓦斯抽采钻孔间距设计程序,得出了不同钻孔间距下的煤层瓦斯预抽率随时间的变化情况,优选最合理的钻孔布置间距。在陈家山矿4-2煤层回采工作面进行了应用研究,结果表明：在预抽时间为180d,煤层瓦斯预抽率为30%的要求下,工作面采用5m的钻孔间距,是最为合理的。     

井下大直径钻孔瓦斯抽采技术研究

为研究面间煤柱内的大直径钻孔抽采采空区瓦斯效果,基于某矿实际生产条件及COMSOL数值模拟软件,依据上覆岩层运移理论、采空区顶板岩性、顶板垮落破坏特征对采空区孔隙率进行了分块赋值,COMSOL数值模拟研究结果表明:钻孔布置的最佳距离为8～10 m。考虑经济因素及顶板垮落步距的影响,钻孔布置的最佳距离应为10 m;靠近工作面上隅角处,采空区内瓦斯浓度呈中心高、四周低的圆环状分布,该低瓦斯浓度圆环的出现与大直径钻孔对采空区内瓦斯的抽采作用密切相关。ORIGIN数据拟合及计算表明:10 m钻孔间距条件下,控制上隅角瓦斯浓度不超限的钻孔最小瓦斯抽放量为5.4 m³/min。该理论成果的成功运用,指导了该矿的生产安全。     

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。     

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1.5 m,现场每间隔3.0 m布置1个钻孔可大大提高煤层瓦斯抽采效果。     

五阳煤矿低透气性松软煤层瓦斯抽采参数优化数值模拟

煤层透气性低,煤质松软,抽采难度大,抽采率低是目前五阳煤矿瓦斯抽采存在的主要问题,根据煤与瓦斯的耦合作用机理及煤层瓦斯的运移规律,深入分析五阳煤矿现有瓦斯抽采系统,利用RFPA2D-Flow建立本煤层瓦斯预抽钻孔数值模型,对比分析回采巷道先抽后采过程中平行钻孔预抽时间、钻孔间距和抽采负压对瓦斯抽采效果的影响,最终确定其合理的抽采参数,提高瓦斯抽采率。     

基于大数据统计分析确定煤层瓦斯抽采合理负压

针对有瓦斯抽采历史矿井如何调整抽采负压的问题,采用大数据分析方法对此进行了研究。总结了我国瓦斯抽采现状及存在的问题,研究了负压对煤层瓦斯抽采效果的影响机理,分析了矿井瓦斯抽采历史统计数据,发现负压为影响钻孔瓦斯抽采效果的主要因素,直接影响着瓦斯抽采量和抽采浓度。研究表明,钻孔瓦斯抽采纯量、抽采浓度与抽采负压呈现明显的二次函数关系,并通过极值法确定最佳抽采负压为30.78～34.50 kPa,据此调节后矿井瓦斯抽采效果良好、稳定。     

采动条件下瓦斯抽采钻孔有效范围及瓦斯运移规律

为了确保矿井的安全抽采,分析了采动条件下瓦斯抽采钻孔有效范围及瓦斯运移规律,理论研究了含瓦斯煤体的有效应力控制方程及煤层瓦斯扩散控制方程,基于此,建立了COMSOL Multiphysics数值模型,分析了距离钻孔不同位置处煤层瓦斯压力分布、不同开采条件下单孔瓦斯抽采瓦斯压力分布以及不同钻孔布置瓦斯压力分布。研究为矿井抽采钻孔参数设计提供了借鉴。     

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。     

象山矿井隐蔽致灾地质因素分析及防治措施

为切实提升煤矿安全生产管理水平，有效防范和遏制重特大事故发生，对象山矿井的隐蔽致灾因素进行探究。梳理了象山矿井现有的地质成果，结合煤矿隐蔽致灾因素具有隐蔽性、时变性、突发性、难探测和难预防的特点，对其地面和矿井内的钻孔、煤层气井、地质构造、瓦斯、煤层自燃、煤尘爆炸、老空区和导水裂隙带等因素进行了分析。总结出该矿井内的封闭不良钻孔、瓦斯、奥灰水、导水裂隙带等主要隐蔽致灾因素，并提出了相应的预防和治理措施。     

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。