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。     

国内长距离定向钻孔抽采消突技术

针对煤层瓦斯含量高、抽采期短而又无法施工常规钻孔的工作面,通过引进国内千米定向钻机,合理布置并施工长距离钻孔,最终实现采掘工作面预抽瓦斯和消除煤与瓦斯突出的目的。     

综放工作面高位定向钻孔布置优化分析

为了研究综放工作面高位定向钻孔合理布置参数,以王家岭矿12318工作面采空区为研究对象,利用数值模拟软件建立了覆岩数值模型,分析了采空区覆岩应力和裂隙分布特征,定量化指出了采空区覆岩裂隙带分布范围,对高位定向钻孔的合理布置参数进行了优化设计,并考察了优化后高位定向钻孔的抽采效果,验证了分析结果的可靠性。结果表明：高位定向钻孔经优化后平均抽采瓦斯浓度提高1.0倍,平均抽采瓦斯纯量提高1.1倍,工作面上隅角及回风流瓦斯浓度明显降低,有效提高了采空区瓦斯抽采量。     

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。     

长距离定向钻孔预抽瓦斯技术应用研究

为解决山西省某矿3210回风巷掘进区域煤与瓦斯突出威胁,设计采用长距离定向钻孔预抽该区域瓦斯,综合运用数值模拟、理论分析等方法,确定定向钻孔合理直径96 mm、抽采负压25 kPa、抽采时间120 d,结合工作面生产地质条件设计钻场及定向钻孔布置方案,实践表明,为期120 d瓦斯预抽期间抽采浓度大于50%,抽采率达到58.5%,取得较好消突效果。     

底板穿层钻孔合理间距的数值模拟研究

为确定合理的钻孔间距以达到最佳的抽采效果,根据具体的工程地质条件和瓦斯在煤层内的渗流规律,采用Comsol Multiphysics软件模型模拟了单孔和不同孔间距抽采瓦斯时钻孔周围煤层内瓦斯压力的分布特征。结果表明:当钻孔间距为3.6m时,钻孔间距偏小,使钻孔数量较多,会造成不必要的浪费,当钻孔间距为7.5m时,钻孔间距偏大,抽采范围出现"空白带",达不到较好的抽采效果。当钻孔间距为5m时,抽采范围在边界处出现相切的现象,相邻位置的钻孔周围瓦斯抽放完全,抽采范围达到最大,钻孔间距定比较合理,抽采效果和经济效果较好。     

长距离定向钻孔预抽瓦斯区域消突技术研究

为降低煤层内的瓦斯压力和突出危险性,石港煤业设计在15107工作面应用长距离定向钻孔预抽瓦斯区域消突技术。现场应用表明,各个钻孔抽采瓦斯最低浓度均在40%以上,瓦斯抽采纯量在0.5m~3/min以上,钻孔覆盖区域煤层瓦斯抽采率达到82.2%,抽采效果良好,煤层瓦斯含量和压力均降至突出临界指标以下,消突效果明显。     

长距离定向钻孔大区域瓦斯治理技术及应用

为预防煤层内瓦斯压力突出的问题,要应用长距离定向钻孔大区域瓦斯治理技术,根据一系列的研究与试验,有明显效果.     

不同布置方式下穿层钻孔瓦斯抽采数值模拟研究

为了对比分析相同条件下穿层钻孔“矩形”布置和“三角形”布置方式的瓦斯抽采效果,建立了2种布置方式下的三维物理模型,并根据推导出的钻孔瓦斯流场控制方程,利用COMSOL数值模拟软件中的PDE模块对建立的物理模型进行了求解。研究抽采30 d时2种布置方式下的瓦斯压力分布状态,结果表明:穿层钻孔由于呈发射状,钻孔之间的瓦斯压力由下至上逐渐增加;相同位置处,“三角形”布置方式在倾斜方向上的瓦斯压力分布与“矩形”布置方式相同,在走向方向上瓦斯压力分布更加均匀;“三角形”布置方式与“矩形”布置方式相比,钻孔之间的最大瓦斯压力会降低,且高瓦斯压力区域范围会有所减小,条件允许时,可以考虑采用“三角形”布置方式来提高穿层钻孔瓦斯抽采效果。     

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。     

顺层钻孔瓦斯抽采半径及布孔间距研究

为合理确定本煤层瓦斯抽采钻孔的布孔间距,通过煤层瓦斯渗流场控制方程、煤体孔隙率和渗透率耦合方程及煤层变形场控制方程,建立了钻孔抽采条件下瓦斯渗流固气耦合数学模型;采用数值模拟计算方法,得出顺层瓦斯抽采钻孔的抽采半径,并推导出瓦斯抽采钻孔布孔间距与单钻孔抽采半径的关系式。以黄岩汇矿15107工作面为应用实例,通过在该工作面进行单钻孔和多钻孔瓦斯抽采试验,求算并验证了抽采半径及布孔间距与抽采半径关系式的正确性,为现场瓦斯抽采提供科学依据。     

基于静态压裂的瓦斯排放钻孔间距的数值模拟

利用静态压裂钻孔,可以有效促进孔壁周围煤体裂隙发育,解决低透气性煤层瓦斯排放效率低、工程量大的问题。针对钱家营矿-600m7煤层,通过数值模拟研究其静态压裂过程中煤体破裂范围,确定了最优的瓦斯排放钻孔间距。研究结果表明:静态压裂影响范围分为破损区和弹性区,其中破损区范围约为压裂孔直径的2倍,而弹性区的形成主要决定因素为应力强度;静态压裂孔与排放孔的最优孔间距为6~8m。通过静态压裂技术可有效降低掘进工作面排放钻孔数量,减少施工量和作业时间,提高瓦斯排放效率。     

长距离定向钻孔大区域瓦斯治理技术及应用

为解决突出煤层群瓦斯抽采消突周期长、煤层松软难护孔、大工作面难消空白带等问题,提出了底板梳状长距离定向钻孔进行大区域瓦斯治理技术,实现大区域瓦斯治理、布置大采煤工作面。在青龙煤矿进行了现场试验,结果表明:长距离定向钻孔深度一般可达600 m;平均单孔瓦斯抽采纯量超过0.8 m3/min,最大单孔瓦斯抽采纯量超过2.53 m3/min;与普通钻孔相比,瓦斯抽采纯量提高了16倍,瓦斯抽采体积分数提升50%左右。长距离定向钻孔抽采效果明显提高,为松软突出煤层群高产高效创造了安全条件。     

基于不同钻孔间距的瓦斯抽采效果实验研究

为了研究钻孔布置对瓦斯抽采效率的影响,采用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟实验系统,开展了不同钻孔间距条件下瓦斯抽采物理模拟实验研究,探讨了钻孔间距对瓦斯抽采效果的影响。结果表明：在抽采初期,各测点瓦斯压力下降速率和下降量主要受到离钻孔中心距离的影响,与测点距钻孔出口距离基本无关,在瓦斯抽采过程中,靠近钻孔中心位置的瓦斯压力梯度大,瓦斯流速也较大,断面瓦斯压力场中等压线以钻孔为中心呈圆环形分布|相邻钻孔之间产生的抽采叠加效应会影响有效抽采范围,钻孔间距越近,有效抽采范围越大,同时其有效抽采范围也随抽采时间呈指数型增长。     

基于COMSOL的顶板定向长钻孔布置参数研究

为了研究顶板定向长钻孔的布孔参数,以东庞矿21215工作面为工程背景,通过利用COMSOL数值模拟软件,建立了5种不同布置方式下顶板长钻孔的瓦斯抽采模型,根据模拟结果确定了“法向间距2 m、水平间距3 m”的钻孔布置方式。根据21215工作面裂隙带高度设计了钻孔的布置参数,同时利用钻孔水平位置理论确定公式验证了布孔参数的可行性。现场应用结果表明,工作面回采过程中顶板定向长钻孔抽采存在稳定阶段和衰减阶段,在衰减阶段钻孔抽采效果降低、上隅角瓦斯浓度提高,分析其原因是由于钻孔高度降低,钻孔完整性遭到破坏导致的。从整体来看,在回采期间上隅角瓦斯浓度为0.3%～0.4%,处于较低水平,说明顶板定向钻孔抽采效果较好,采用该布置方式有效解决了上隅角瓦斯浓度超限的问题。     

定向长距离高位岩层瓦斯抽放钻孔在瓦斯治理中的应用

针对孔庄煤矿7434工作面瓦斯涌出不均衡的瓦斯治理难题,研究提出了应用定向长距离高位岩层瓦斯抽放钻孔抽放瓦斯的技术方案。应用结果表明,该方案能够明显降低上隅角及回风巷内瓦斯浓度,瓦斯抽放量较为稳定,且可保持工作面的连续抽采。     

基于COMSOL Multiphysics的瓦斯抽采有效钻孔间距的研究

为提高司马煤业3号煤层瓦斯抽采时钻孔布置的合理性与准确度,以煤介质的双重孔隙结构特征以及瓦斯流动理论为基础,根据质量守恒及Darcy定律,建立了气固耦合的瓦斯流动模型,并将其植入到COMSOL Multiphysics软件中进行模拟计算,得到了钻孔参数对瓦斯抽采的影响规律以及单排抽采孔布置方式下的有效钻孔间距,为现场瓦斯抽采钻孔的施工提供了理论支持与技术指导,避免了现场施工的盲目性,验证了所建立的瓦斯流动模型的有效性。     

长距离定向拦截钻孔在五沟煤矿瓦斯治理中的应用与研究

五沟煤矿1034工作面在回采期间,中煤组瓦斯通过裂隙进入该工作面,最大瓦斯涌出量达到70 m3/min.通过长距离定向拦截钻孔的施工应用,并开创性地采用机巷抽采,摒弃传统的风巷抽采,变被动式抽采采空区瓦斯为长距离定向钻孔主动拦截上覆中煤组卸压瓦斯的方式,有效地治理了该工作面的瓦斯,保障了工作面的安全回采.     

本煤层瓦斯预抽钻孔合理布置间距的确定

为给矿井本煤层瓦斯预抽钻孔间距设计提供依据,将煤层视为孔隙裂隙二重介质,综合考虑瓦斯的渗流与扩散解吸过程,建立了瓦斯流动方程,求出了满足预抽时间和煤层瓦斯预抽率要求的最大钻孔间距,作为本煤层瓦斯预抽钻孔的合理布置间距。在杜儿坪矿8号煤层工作面进行了应用研究,结果表明:随着钻孔间距的增加,同样时间内的煤层瓦斯预抽率呈减小趋势;在预抽时间为200 d,煤层瓦斯预抽率为30%的要求下,工作面采用5 m的钻孔间距是最为合理和经济的。     

基于定向长钻孔抽采瓦斯的数值模拟研究

针对新疆榆树田煤矿定向长钻孔预抽煤层瓦斯问题,结合5号煤层及顶底板岩层参数,建立了5号煤层瓦斯流固耦合随动渗流模型,分析了在一定的抽采负压和抽采时间下,定向长钻孔长度及钻孔间距对煤层瓦斯抽采量的影响。在抽采负压不变的情况下,瓦斯抽采总量会随着钻孔长度的增大而增大,但当钻孔长度增大到650 m左右时,瓦斯抽采总量趋于稳定,定向长钻孔合理长度定为650 m;钻孔间距越大,瓦斯抽采量越少,在钻孔间距从5 m增加到20 m的过程中,间距每增大5 m,抽采量约减少5%～7%。