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。     

基于钻孔瓦斯流量和压力测定有效抽采半径

为了准确的测定有效抽采半径,提出基于钻孔瓦斯流量和压力的测定方法。以抽采钻孔影响范围内残余瓦斯压力小于0.74 MPa且预抽率大于30%为指标,基于钻孔瓦斯流量的负指数衰减规律,推导出有效抽采半径计算公式,并结合瓦斯压力变化共同确定有效抽采半径。该方法应用于区域预抽消突钻孔布置中,分析了不同预抽时间下的钻孔有效抽采半径和极限抽采时间,并依据预抽90 d有效抽采半径为2.5 m,布置消突钻孔。残余瓦斯压力和预抽率的检验以及煤巷掘进期间的区域验证,均证明按该方法布置的预抽钻孔,消突效果有效。     

基于COMSOL的瓦斯抽采半径数值模拟

以山西某矿为试验矿井,采用COMSOL软件对瓦斯抽采半径影响因素进行了研究,研究结果表明:煤层的渗透率越大,抽采半径越大,当增大到某值时,可以不进行抽采,瓦斯可自由逸散;抽采半径随着负压的增大而增大,但影响较小,在进行瓦斯抽采时,可以不予考虑负压的影响;当地应力每增加3 MPa时,半径的减少幅度较小,地应力对抽采半径影响较小;随着钻孔直径的增大,抽采半径逐渐增大,前期,钻孔直径影响不大,中后期,钻孔直径对抽采效果影响较大。     

顺层瓦斯预抽钻孔布置参数及抽采效果分析

为了对顺层瓦斯预抽钻孔布置参数及抽采效果进行分析,采用理论分析和现场测试,分析了顺层钻孔布置间距、钻孔极限抽采时间,研究了顺层钻孔预抽瓦斯效果检验和瓦斯效果。研究表明,多钻孔抽采瓦斯时,钻孔间距可大于2倍的有效抽采半径,得出了布孔间距和单钻孔抽采半径的关系计算式,极限抽采时间约为95 d;在工作面回采期间,回风巷风排瓦斯量和顺层钻孔抽采瓦斯量呈相反的趋势;经过钻孔瓦斯预抽后,工作面预抽率达到了40%,达到了工作面消突的目的。     

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。     

突出煤层采煤工作面顺层钻孔水力压裂增透技术

为了解决采煤工作面顺层钻孔消突效果不均匀、效率较低等问题,以淮南地区谢桥煤矿低透气性煤层为试验对象,采用顺层钻孔水力压裂技术对煤层进行增透,以提高瓦斯治理效率。介绍了顺层钻孔区域防突措施设计方案,对水力压裂半径进行了考察;开展了水力压裂钻孔及瓦斯抽采钻孔设计,以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。水力压裂和未压裂顺层钻孔瓦斯抽采效果对比表明,水力压裂后钻孔抽采平均瓦斯浓度提高54%,平均单孔抽采瓦斯纯流量提高280%,抽采达标时间缩短了1个月;防突效果检验指标均达标,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象。     

张集煤矿13-1煤层底板穿层钻孔优化布置的分析与研究

对于未受采动卸压消突的高突煤层,在不具备开采保护层条件时,煤层底板穿层钻孔预抽瓦斯成为了主要的区域性防突措施,通过分析穿层钻孔区域预抽瓦斯消突机理及影响因素,结合张集煤矿13-1煤层底板穿层钻孔预抽瓦斯消突的实践,测量钻孔抽采半径和排放半径,优化穿层钻孔设计参数,统计了煤层的瓦斯基础参数和突出指标,对预抽消突效果进行了评价,提出钻孔的优化布置方案。     

高瓦斯厚煤层顺层钻孔有效抽采区及参数优化研究

为研究顺层抽采时不同参数对高瓦斯煤层抽采效果的影响,以Fick扩散、Darcy定律、理想气体状态方程和Langmuir方程为基础,结合煤体的裂隙-孔隙双重孔隙介质结构、瓦斯和水的运移特性,建立了瓦斯-水的气水两相流的流-固耦合数学模型;利用COMSOL Multiphysics软件对漳村煤矿3#煤层顺层抽采进行数值模拟研究。结果表明：在一定范围内钻孔直径越大,抽采效率越高;抽采负压变化对瓦斯有效抽采区域和瓦斯压力变化的影响非常微弱,对抽采效率的提升不大;减小钻孔间距可以有效提高抽采效率,但并不是钻孔间距越小越好;在抽采初期,各钻孔的有效抽采区域处于相互独立状态,随着抽采进程,各钻孔有效抽采区域逐渐增大并与相邻钻孔的有效抽采区域汇合叠加,形成整体有效抽采区域;当要求抽采100 d内达标时,漳村煤矿3#煤层单排布孔最佳方案为钻孔直径94 mm、抽采负压20 kPa、钻孔间距3 m。     

土城矿石门揭煤跨区段精准消突技术研究及应用

为解决近距离煤层群石门频繁揭煤的问题,提出跨区段施工穿层长钻孔预抽石门揭煤区域瓦斯,大大缩短瓦斯治理时间,减少抽采巷工程量。采用COMSOL多场耦合模拟软件建立了瓦斯抽采流固耦合模型,探讨了有效抽采半径与预抽时间的关系,结果表明:瓦斯抽采模拟结果表明钻孔的有效影响半径随着预抽时间的延长而逐渐增大,但当超过阈值后,继续延长抽采时间对于提升瓦斯抽采效果并不明显。因此合理的预抽周期为3个月,此时的有效抽采半径达到2.06 m。石门揭煤跨区段消突效果检验煤层最大残余瓦斯含量4.5 m~3/t,瓦斯压力0.32 MPa;钻屑瓦斯解吸指标K_1最大值为0.32 mL/(g·min~(1/2)),达到了精准消突的目的。     

瓦斯抽采半径影响因素数值模拟分析

瓦斯事故严重威胁煤矿高产高效发展,瓦斯抽采对于煤矿安全具有重要意义,有效抽采半径对于瓦斯钻孔布置具有至关重要的作用,以山西某煤矿为实验矿井,基于广义偏微分方程以及瓦斯赋存和流动理论,采用COMSOL数值模拟软件对瓦斯抽采时间、钻孔直径、抽采负压对于钻孔有效抽采半径进行分析研究,研究结果表明,抽采时间对于有效抽采半径影响最大;瓦斯压力随着时间的增长呈现减少-稳定的变化趋势;钻孔半径和抽采负压对于有效半径影响较小,其最优结果为82 mm和10 kPa。     

基于RFPA的钻孔瓦斯抽采参数数值模拟

应用RFPA2D-Flow软件,对影响钻孔瓦斯抽采效果的钻孔直径、抽采时间和抽采负压进行了数值模拟研究,分析了瓦斯抽采过程中煤层瓦斯的径向流动情况。结果表明:增大钻孔直径能够使钻孔周围煤体卸压范围增加,大幅度提高煤层瓦斯抽采效果;随着抽采时间增长,瓦斯抽采效果越好,但抽采效率会降低;抽采负压降低,抽采半径增幅较小,对瓦斯抽采效果影响不大。     

瓦斯流量法在测定煤层瓦斯抽放影响半径中的应用

石港煤矿15号煤层为煤与瓦斯突出煤层,为了指导石港煤矿消突工作面顺层抽放钻孔的合理布置,采用瓦斯流量法测量了石港煤矿15号煤层顺层钻孔抽放影响半径.结果表明:测试本煤层顺层钻孔的抽放影响半径时,瓦斯流量法是一种便捷、准确的方法.     

鹤煤八矿顺层钻孔有效抽采半径影响因素分析

抽采半径影响因素很多,现场测试法测试繁琐,难以考虑众多因素。本文针对这一问题建立了描述煤层瓦斯流动瓦斯抽采固-流耦合模型,结合鹤煤八矿实际情况,分析了抽采负压、抽采时间、钻孔孔径等因素对鹤煤八矿顺层钻孔有效抽采半径的影响。研究表明:①钻孔有效抽采半径与抽采时间、钻孔孔径和煤层初始渗透率之间的关系均符合幂指数函数关系;抽采时间越长、钻孔孔径越大、煤层初始渗透率越大,钻孔有效抽采半经越大;②煤层初始渗透率对钻孔有效抽采半径影响很大,抽采时间和孔径对其的影响较大,抽采负压对其的影响基本可以忽略不计,现场可以通过实施增透措施、延长抽采时间、增大孔径以提高瓦斯抽采效果。研究结果对鹤煤八矿顺层钻孔有效抽采半经确定及保障瓦斯抽采效果有着重要的实际指导意义。对不同煤矿可调整物理参数进行模拟,以得到合适的抽采半径。     

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。     

云盖山煤矿底抽巷穿层钻孔抽采有效影响半径研究

当煤层群开采时,具有保护层条件的煤层,由于埋藏深度大而转变为没有突出危险或自然发火严重的煤层,致使具备保护层开采条件的突出矿井越来越少。在这种情况下,穿层钻孔条带预抽就成为防治煤与瓦斯突出最有效的区域防突措施之一。穿层钻孔抽采有效影响半径是抽采方法选择、钻孔布置参数以及评价抽采效果的重要依据。穿层钻孔抽采有效影响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。施工穿层预抽钻孔对突出煤层进行消突已成为保安全、促生产过程中的重要环节,为避免钻孔设计及施工的盲目性,提高抽采钻孔的利用率及施工速度,对抽采有效影响半径的测试和确定已成为当前的首要工作。     

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。     

瓦斯抽采钻孔有效影响半径测定

预抽钻孔抽采影响半径是瓦斯抽采设计的基本依据,也是瓦斯治理的基础参数。永红煤矿3号煤层为煤与瓦斯突出煤层,矿井采用预抽煤层瓦斯作为区域消突措施,为了获取永红煤矿3号煤层瓦斯抽采影响半径,为3号煤层瓦斯抽采设计提供依据,采用气体压力法测试了3号煤层预抽钻孔瓦斯抽采影响半径,测试结果表明,永红煤矿3号煤层直径为94 mm的预抽钻孔抽采影响半径为2.5 m。根据测试结果,并结合永红煤矿3号煤层平均厚度,建议永红煤矿相邻两个预抽钻孔间距不应大于4.0 m,且应至少布置2排。测试结果为永红煤矿3号煤层区域消突措施的制定提供了重要依据。     

双排水力割缝钻孔参数优化研究与应用

为了实现工作面快速消突,提出布置双排瓦斯抽采钻孔,并实施水力割缝。通过数值模拟,研究不同割缝深度、孔间距、布孔方式对抽采效果的影响。结果表明：单孔有效抽采半径随割缝深度的增加而增加,但增速逐渐放缓,根据数据拟合结果,确定割缝深度为1.5 m;双孔抽采时,钻孔间距越小,瓦斯压力越低,最终确定钻孔间距为7 m;正方形布孔和菱形布孔均可以实现消突目的,正方形布孔覆盖面积大,选择该方式。现场试验表明,水力割缝正方形双排钻孔抽采效果良好,可以达到消突的目的。     

抽采负压沿顺层钻孔分布规律及应用研究

为了掌握顺层长钻孔内负压分布规律,更好地指导顺层钻孔关键参数的确定及抽采技术应用,建立了钻孔周围煤体内瓦斯流动模型,并对钻孔内瓦斯流动模型进行耦合,得到顺层钻孔内负压分布计算公式.理论分析了传统抽采、加长抽采管抽采和下放筛管抽采3种工艺钻孔内负压分布状态及抽采效果,并在重庆能投渝阳煤矿N3702工作面进行现场试验验证,...     

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。