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。     

基于临界瓦斯压力判定钻孔有效抽采半径的技术探讨

为了准确测定煤层瓦斯的有效抽采半径,提出判定抽采达到预定效果的防突有效性指标及预抽有效性指标,确定安全临界瓦斯压力,研究了准确测定钻孔有效抽采半径的可靠方法。利用压降法进行有效抽采半径测定的工程实践,获得了在不同预抽时间内的钻孔有效抽采半径,并推导出预抽时间与钻孔有效抽采半径的关系。     

煤层钻孔预抽半径测算模型及其应用效果分析

基于基本假设,建立煤层钻孔预抽半径计算模型,并分析探讨了模型的解析解问题。在已知安顺煤矿M9煤层原始瓦斯基本参数的基础上,利用推导的公式,测算了M9煤层的预抽期与预抽半径的关系。测定了M9煤层原始煤体和9102及9100回采工作面不同预抽钻孔间距的K1值,对比分析了预抽钻孔间距的合理性。结合测算与现场考察的数据,综合确定了M9煤层预抽时间与预抽半径的关系。     

顺层钻孔预抽煤层瓦斯精准布孔模式及工程实践

顺层钻孔预抽瓦斯技术是降低煤层瓦斯含量的有效方法之一,合理的布孔参数是提高煤层瓦斯预抽效果的关键。为提高顺层钻孔布孔精准性和科学性,建立了含瓦斯煤体流固耦合抽采模型,基于响应面法设计布孔参数优化方案,运用COMSOL Multiphysics模拟软件分析了地质因素（煤层瓦斯含量、透气性系数）和工程因素（抽采负压、钻孔直径、布孔间距）交互作用对钻孔预抽煤层瓦斯的影响规律,提出钻孔间最大瓦斯压力与达标压力比(P_max/P_b)的布孔参数判定指标,创新了煤层“分时分区”式顺层钻孔预抽煤层瓦斯精准布孔方法,得到适用于不同煤层瓦斯赋存特征的最优钻孔布置参数,并进行现场试验。结果表明：预抽初期,相邻钻孔间抽采叠加效应不明显;随着预抽时间延长,抽采叠加效应越发显著,垂直钻孔方向的抽采达标区域逐渐由孤立向复合转变。不同预抽时间下,P_max/P_b对各因素的敏感性依次为：布孔间距>煤层瓦斯含量>透气性系数>钻孔直径>抽采负压。不同预抽时间下,煤层瓦斯含量和透气性系数的交互作用响应等值线分布密集,2...     

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。     

瓦斯抽采半径确定的数值模拟研究

为了研究钻孔抽采过程中煤层瓦斯的运移规律以及确定合理的抽采半径,基于煤体孔隙-裂隙双重介质的结构模型,建立了考虑吸附解吸的受载含瓦斯煤体瓦斯流动耦合方程。并实测鹤壁三矿二1煤层数值计算所需相关参数,采用COMSOL-Multiphysics数值模拟软件对钻孔周围的煤层瓦斯流动进行数值计算模拟,得到不同抽采时间内的有效半径,并根据模拟结果探讨了抽采负压对抽采效果的影响。最后通过模拟流量数据与现场实测流量数据的比较,两者结果基本一致,从而验证了数值模拟结果的正确性。     

钻孔瓦斯抽采半径的确定方法及实践

钻孔瓦斯抽采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。传统的抽采半径确定方法对于透气性较好、煤层测压条件较佳时可能得到考察结果,但效率较低;当煤层透气性差时,测定成功率极低,实用性差。为此,在已知煤层瓦斯含量基础上,选用直接测定钻孔瓦斯动态抽采流量,按照抽采目标确定抽采率进而确定钻孔不同抽采时间的抽采半径。实践表明,该方法具有较强的实用性。     

非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律研究

为了提高煤矿瓦斯抽采率，节约瓦斯抽采时间，分析了非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律，采用透气性系数研究了非均质煤层瓦斯压力分布特点；分析了非均质煤层单钻孔瓦斯压力分布、原始瓦斯压力、原始透气性系数对有效抽采半径的影响。研究对指导现场瓦斯抽采以及促进煤矿安全生产具有重要意义。     

基于达标抽采量的顺层预抽钻孔抽采半径确定方法

针对现有煤层瓦斯有效抽放半径测定方法实用性差的问题,尤其是压降法对封孔要求较高的问题,提出了基于抽采达标所需抽采量,进而计算出达标抽采时间来确定抽采半径的新方法。通过测试不同间距试验钻孔单日瓦斯抽采量随抽采时间的变化规律,然后确定总的抽采量并与达标抽采量作比较得出不同抽采间距的抽采时间,最终确定合理的抽采间距,并在正珠煤矿进行了现场试验。现场试验表明钻孔间距2 m组、3 m组、4 m组所在区域抽采达标所需预抽时间分别为236、260、273 d。根据抽采钻孔间距与抽采达标时间拟合公式,当设计预抽时间为240 d时,有效抽采半径为1 m。     

单一低透气性煤层抽采钻孔参数优化探讨

为了提高煤层瓦斯抽采效果,研究了鹤煤六矿2145工作面的瓦斯抽采数据,对百米钻孔抽放量、抽放纯量、抽放浓度、抽放负压的数据进行了统计和定量分析;结合鹤壁六矿的煤层透气性、钻孔抽放半径以及钻孔衰减系数,对该矿本水平的瓦斯抽采钻孔参数进行了优化,使之能够更适合当前抽采需要,从根本上消除预抽煤层的突出危险性,提高矿井瓦斯抽采率。     

低透气性煤层蠕变预裂增透技术应用

大湾煤矿面临煤与瓦斯突出矿井低透气性煤层瓦斯抽采难的困扰。为弥补原有的密集顺层钻孔瓦斯抽采技术效果差、抽采率低的不足,大湾煤矿与相关企业合作,创造性地采用高压脉动空气量子植入蠕变预裂增透技术进行瓦斯抽采。明确瓦斯概况和论述技术原理后,在21110综采工作面回风顺槽对该技术进行了现场应用。实践表明,该创新技术可有效增加煤层透气性,延长钻孔瓦斯流量衰减周期,有效减少预抽时间,增大抽放半径;此外,可以减少钻孔工程量,提高抽采效率,极大降低煤与瓦斯突出的危险性。     

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。     

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。     

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。     

液态CO2相变致裂对抽采有效半径影响的试验研究

针对轿子山煤矿M9煤层渗透率低、瓦斯含量高、压力大等特点,将液态CO_2相变致裂技术应用于本煤层增透工程试验。从多角度探究了CO_2相变致裂增透原理,通过分组对比试验,重点考察致裂孔不同施工顺序、不同装液量对有效抽采半径的影响。结果表明:预抽时间相同时,先施工辅助钻孔致裂时会提供更多的裂隙通道,应力波传播时阻力降低更多,从而使瓦斯抽采有效半径更大;预抽时间90d内致裂孔瓦斯抽采有效半径与装液量呈正相关,预抽时间在90～150d时,在构造应力作用下,钻孔变形大,装液量越多的致裂孔瓦斯抽采有效半径越小;致裂后钻孔瓦斯抽采有效半径是普通孔的3.6～4.2倍,单孔抽采瓦斯纯流量平均增加2.9～5.8倍,瓦斯抽采浓度增加2.3～3.1倍,瓦斯有效预抽时间缩短65%以上。研究结果可为瓦斯抽采钻孔的合理布置提供参考依据。     

煤层预抽瓦斯钻孔有效抽采半径及合理抽采时间研究

对常村煤矿煤层预抽有效抽采半径进行了试验研究,应用压降法确定了有效抽采半径及抽采影响半径,为煤层预抽钻孔布置提供了依据。通过在常村煤矿2101工作面现场测试,对合理抽采时间进行了现场考察,分别计算了瓦斯抽采量、风排瓦斯量、瓦斯储量,得到不同钻孔间距下的合理抽采时间,并通过残存瓦斯含量测试验证了其正确性。     

基于煤层原始瓦斯含量和压力的割缝钻孔有效抽采半径测定

为了准确测定割缝钻孔的有效抽采半径,基于煤层原始瓦斯含量和压力,通过将预抽率30%与残余瓦斯含量8 m3/t这2个消突指标相结合,提出了新的割缝钻孔有效抽采半径判定指标:当煤层原始瓦斯含量11.3 m3/t时,将压降大于煤层原始瓦斯压力的50%作为确定有效抽采半径的指标;当煤层原始瓦斯含量11.3 m3/t时,将压降64/q2作为确定有效抽采半径的指标。在杨柳煤矿进行了现场试验,最终确定割缝钻孔的有效影响半径为5 m。通过对抽采指标及残余瓦斯含量的考察,验证了上述指标的有效性和可靠性。     

黄陵一号煤矿定向长钻孔瓦斯预抽数值模拟研究

为保证黄陵一号煤矿高瓦斯中厚煤层高效安全回采,采用定向长钻孔对煤层瓦斯进行预抽,通过Fluent数值模拟软件,对不同抽采时间、抽采半径、抽采负压、渗透率条件下预抽煤层瓦斯效果进行模拟,得到不同模拟方案下的瓦斯压力分布及抽采量的变化规律,为黄陵矿区高瓦斯中厚煤层瓦斯预抽参数确定提供了一定理论依据。309进风顺槽现场抽采效果表明定向长钻孔瓦斯预抽可有效降低煤层瓦斯含量,保证工作面安全回采。     

基于钻孔瓦斯流量和煤层瓦斯含量测定抽采半径技术研究

瓦斯抽采半径直接影响着瓦斯抽采率的大小,是煤层瓦斯预抽钻孔布置的主要依据。分析现有测定方法,提出基于钻孔瓦斯流量和煤层瓦斯含量的测定方法,可准确测定瓦斯抽采有效半径,并应用回归分析方法推导了瓦斯抽采半径的测定依据。选取贺西矿4#煤层进行了现场试验,对现场抽采孔进行了连续60天的流量监测,并结合验证孔瓦斯残留量和预抽率进行对比验证,准确测定出瓦斯抽采时间达到180天时,钻孔瓦斯抽采半径为6.5m,钻孔间距可设置为13m。     

基于抽采半径考察的回采工作面瓦斯预抽钻孔优化设计

为了解决高瓦斯长推进距离回采工作面各区域瓦斯预抽时间极不均衡的问题,提出了基于抽采半径考察的回采工作面瓦斯预抽钻孔优化设计方案：采用瓦斯储量法对回采工作面瓦斯预抽钻孔有效抽采半径进行考察,得出工作面瓦斯预抽钻孔不同预抽时间的有效抽采半径,将高瓦斯长推进距离回采工作面按瓦斯预抽时间长短的不同划分为若干个区块,每个区块瓦斯预抽钻孔根据其有效抽采半径设计钻孔间距,预抽时间长的区块钻孔间距较大,预抽时间短的区块钻孔间距较小,实现工作面瓦斯抽采达标的同时最大限度的减少钻孔工程量。现场应用结果表明,2311回采工作面采用优化的瓦斯预抽钻孔设计方案,钻孔工程量减少约7万m,节约工作面瓦斯预抽时间约15d,并且在开采期间实现了瓦斯抽采达标和安全回采,高瓦斯长推进距离回采工作面采用基于抽采半径考察的回采工作面瓦斯预抽钻孔优化设计方案,取得了良好的技术经济效益。