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。     

天池矿401工作面瓦斯钻孔抽放参数研究

煤层瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯问题最根本、最有效的措施。为了寻求合理的钻孔抽放参数,应用Fluent流体力学数值模拟软件,分析不同抽放负压、钻孔直径、抽放时间、封孔深度条件下的钻孔抽放半径和抽放量,得到各因素对煤层瓦斯抽放效果的影响规律。结合天池矿401工作面现场实测数据,得出适合该矿15#煤层瓦斯钻孔抽放参数。     

井下预抽瓦斯定向长钻孔的合理性参数研究

提高煤层的瓦斯抽放效果,是个重要课题.根据某矿煤层的赋存条件和瓦斯流动的数值模拟,利用合理布置钻孔、选择钻孔参数以及定向技术来提高本煤层瓦斯抽放率的实验研究,对国内煤层井下定向钻孔瓦斯抽放工艺确有借鉴意义.     

焦作矿区本煤层瓦斯抽放参数优化

木文通过对钻孔长度、钻孔直径、抽放负压、抽放时间等瓦斯抽放参数进行现场试验考察，优化了焦作矿区本煤层瓦斯抽放参数，建立了抽放钻孔布置间距的计算方法。     

本煤层瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法

分析钻孔抽放瓦斯效果的影响因素表明,在设计钻孔抽放瓦斯参数时,以合理确定钻孔布置间距最为重要。提出了本煤层瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法,并根据钻孔瓦斯流量衰减规律方程,以瓦斯抽出率作为指标,建立了相关的理论方程式。现场应用效果表明,该方法对于指导钻孔抽放参数设计具有广泛的应用价值。     

数值模拟在瓦斯抽放钻孔布置中的应用

为了获取合理的瓦斯抽放钻孔布置参数,以瓦斯渗流理论为基础,抽放钻孔周围径向流场为研究对象,建立了抽放钻孔周围瓦斯流动的数学模型。结合鹤煤九矿3104工作面具体开采条件,采用COMOSOL Multiphysics软件对钻孔瓦斯流场进行了数值模拟。实践表明:在该矿具体抽采条件下的瓦斯抽放钻孔布置参数是合理的。经抽放后效果检验,3104工作面消除了煤与瓦斯突出的危险性。     

煤层瓦斯抽放参数计算

以达西定律为基础,建立了煤层瓦斯流动方程,并利用电子计算机进行数值求解。通过对阳泉七尺煤层现场实测数据的整理分析和模拟计算,探讨了阳泉七尺煤层的瓦斯抽放参数计算问题。由此得出,延长抽放时间对于提高瓦斯抽放率亦具有不可忽视的作用;当抽放时间受到限制时,要想提高瓦斯抽放率,与其增大钻孔直径,不如减小钻孔间距更为合理。     

淮南高突煤层边掘边抽合理抽放参数研究

在谢一矿高突煤层B11煤层边掘边抽防突措施试验基础上，分析了采动应力集中、瓦斯及煤体结构对煤巷掘进中煤与瓦斯突出的影响，试验研究了钻孔抽放瓦斯后对工作面前方煤体应力集中带前移和煤体瓦斯排放效果，探讨了钻孔孔径、抽放时间、抽放负压对抽放瓦斯效果的影响，确定了谢一矿高突煤层B11煤层边掘边抽的合理抽放参数。     

基于Comsol的瓦斯抽放半径研究

煤层钻孔抽放瓦斯在煤与瓦斯突出矿井工作面的消突中起到非常重要作用,煤层钻孔有效抽放半径在抽放设计中是至关重要的设计参数,本文基于有限元软件Comsol对煤层钻孔周围的应力场和瓦斯压力分布进行了模拟计算,在此基础上分析了煤层钻孔的有效抽放半径,研究表明抽采负压对瓦斯抽放半径的影响很小,可为煤层钻孔抽放瓦斯提供借鉴。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高瓦斯煤层高位钻孔瓦斯抽采技术试验研究

针对在高瓦斯煤层回采过程中,煤与瓦斯突出综合检测指标经常超限、瓦斯抽采率低等问题,提出了在风巷施工高位钻孔的瓦斯抽采技术,阐述了瓦斯抽采技术的工艺流程和钻孔的布置参数。研究表明:在高瓦斯煤层回采过程中采用高位钻孔的抽采措施,可有效地解决瓦斯抽采率低的问题,降低了回风流中的瓦斯体积分数,提高了瓦斯抽采量和抽采率,减少了向工作面的瓦斯涌出量,保证了工作面的安全回采。     

底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采时效性研究

为了提高穿层钻孔的利用率,基于煤岩动力学行为下的采动裂隙场和应力场演化规律,提出全生命周期的底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采技术,即按先后顺序实现采前预抽、边采边抽以及采空区瓦斯抽采功能。以古汉山矿1604综采工作面为例,进行现场试验。结果表明:一孔多用试验钻孔的抽采效果具有明显的时变特性,为定性定量分析试验钻孔的抽采时效性规律,根据抽采纯量变化将抽采全生命周期划分为初始预抽增流期、高效预抽期、预抽快速衰减期、高效卸压增流期、低流枯竭期、采后纯量回升期和采后衰减低流期7个阶段;高效预抽期是全生命抽采周期中最关键的阶段,其次为高效卸压增流阶段,平均瓦斯抽采纯量可达到在预抽高效期钻孔平均瓦斯抽采纯量的61.4%;确定前方距离工作面70 m至后方距离工作面40 m范围内为穿层钻孔受采动卸压影响区,工作面超前35~40 m,抽采浓度和纯量最大;在边采边抽阶段,距离采面前方20~70 m的试验钻孔平均抽采纯量比卸压前提高5倍;古汉山矿底板岩巷穿层钻孔采前预抽合理抽采天数为260 d,边采边抽有效抽采期为46 d,采空区瓦斯抽采有效抽采期为26 d。通过一孔多用的底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采实现了预抽达标和降低工作面瓦斯涌出的目标,具有良好的推广应用价值。     

综采放顶煤工作面瓦斯预抽采数值模拟研究

通过分析煤层瓦斯赋存流动基本规律,对成庄矿5305综采放顶煤工作面不同瓦斯抽采负压情况下瓦斯基本参数的变化及钻孔周围瓦斯压力场和速度场变化进行了模拟研究,并在现场进行了抽采试验。抽采效果表明：在煤层原始瓦斯相对含量大于8 m3/t的综采放顶煤工作面实施区域钻孔抽采,钻孔有效抽采半径为2～3 m,抽采钻孔布置间距取4～6 m,经过8个多月的抽采,使平均吨煤钻孔进尺达到0.05 m以上,瓦斯抽采率达到40%～50%。     

极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术

采用数值模拟和现场试验相结合的方法,系统地研究了极薄保护层钻采过程中上覆被保护煤层地应力及煤层变形的变化规律和煤层卸压瓦斯流动及瓦斯抽采规律。极薄保护层钻采后,被保护煤层弯曲下沉、卸压膨胀变形,煤层透气性提高了403倍,通过向被保护煤层施工网格式上向穿层钻孔进行卸压瓦斯抽采,被保护煤层瓦斯压力和瓦斯含量降低,消除了煤与瓦斯突出危险,成功实现了矿井安全高效生产。     

顶层回采工作面高位钻孔瓦斯抽采规律研究

河南能化焦煤公司中马村矿为严重煤与瓦斯突出矿井,随着矿井开采水平的延深,煤层瓦斯含量也随之增加,瓦斯问题始终威胁着矿井的安全生产,尤其是顶层回采工作面上隅角瓦斯问题严重制约着工作面的回采安全。通过在工作面回风巷道内施工高位抽采钻孔,对高位钻孔瓦斯抽采浓度和瓦斯流量数据的分析,对比钻孔终孔位置与工作面相对位置变化关系的研究,得出顶层回采工作面采空区瓦斯最佳抽采效果时的高位钻孔施工参数,以工作面回采动压形成的顶板裂隙作为通道对采空区积聚的瓦斯进行抽采,从而降低工作面采空区瓦斯浓度,避免上隅角瓦斯超限,实现矿井安全生产的目的。