顺煤层钻孔抽放瓦斯数值模拟与应用

为获取顺煤层钻孔抽放瓦斯的合理参数,依据煤层瓦斯流动理论和质量守恒定律,以顺煤层抽放钻孔周围瓦斯流场为研究对象,建立了钻孔抽放瓦斯流动方程的数学模型. 以新庄孜煤矿5213掘进工作面为例,采用MATLAB对钻孔瓦斯流场进行数值模拟,并与矿井的实际抽放情况进行了比较和分析,得出了适合该矿煤层的瓦斯抽放参数. 抽放参数可以在淮南矿区相近煤层赋存条件下推广应用,以利于矿区高瓦斯矿井的安全生产.     

煤层钻孔瓦斯抽放数值模拟

为了寻求合理的钻孔抽放参数,采用数值模拟的方法,应用计算流体力学软件fluent6.3建立了钻孔瓦斯抽放流动模型,通过气体渗流理论模拟抽放过程瓦斯流动规律,分析了抽放负压和煤层渗透率对瓦斯抽放效果的影响规律。结果表明:瓦斯抽放有效半径为2 m左右,抽放负压对抽放半径的影响不是很明显;瓦斯抽出量随抽放负压的升高而增加;煤层渗透率对瓦斯抽放量的影响比较大。模拟的抽放影响半径与现场实测结果基本一致。该模型可以对现场瓦斯抽放提供理论指导。     

注热瓦斯抽放数学模型及解法研究

煤层瓦斯抽放既能解决煤矿瓦斯灾害,又能使抽放出的瓦斯用于工业及民用、变废为宝.通过煤层注热技术增加吸附态瓦斯的解吸,增加瓦斯在渗流通道中的运移压力梯度,增大瓦斯抽放量.结合注热瓦斯抽放理论规律,运用瓦斯渗流方程、煤岩体导热方程建立了注热瓦斯抽放的数学模型,对模型中的瓦斯方程进行了线性近似,对瓦斯渗流方程和煤岩导热微分方程的泛函及离散过程进行了详细分析,并列出了注热瓦斯抽放数学模型的数值解算程序框图.     

煤层钻孔瓦斯流量的数值模拟

煤层瓦斯流动是一个复杂的非线性物理过程,为定量模拟钻孔瓦斯流量,在分析煤层瓦斯流动基本特征的基础上,把吸附瓦斯的解吸视为游离瓦斯渗流的连续分布源,建立了煤层瓦斯流动的数学模型。通过数学变换,确定了煤层瓦斯流动数学模型的基本方程和定解条件。运用有限元方法对煤层瓦斯流动方程进行了求解,编制了FORTRAN解算程序。介绍了煤层钻孔瓦斯流量数值模拟的工程实例,将数值模拟结果与实测结果进行了对比,分析了偏差产生的原因。研究结果表明,数值模拟准确反映了煤层瓦斯流动基本规律,能够定量预测煤层钻孔瓦斯流量。     

瓦斯抽放技术网络化研究

在本煤层瓦斯抽放技术中，交叉钻孔是一种新型的布孔方式，借鉴和利用通风网络已有的理论和计算方法把交叉钻孔抽象为孔网－－即网络化，从网络的角度来研究孔网钻孔抽放问题，建立了交叉钻孔的孔网瓦斯抽放理论，本文结合平煤集团矿区的具体情况，对平行钻孔和孔网钻孔分三种情况利用“孔网瓦斯抽放系统软件”进行模拟解算，这三种情况是：正常情况、塌孔堵死情况、闭孔的情况。     

本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟

针对本煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立钻孔抽采瓦斯的渗流场控制方程和煤层变形场控制方程,结合钻孔抽采瓦斯的初始及边界条件,推导出钻孔抽采瓦斯渗流的固气耦合数学模型.以石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔瓦斯抽采为工程实例,基于研究区域的煤层瓦斯赋存特征,采用数值模拟计算方法,获得了本煤层单一顺层钻孔周围煤层瓦斯压力、煤层瓦斯渗透率、煤层瓦斯渗流速度和煤层变形的分布规律.确定了本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效影响半径,从而为本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的优化布置提供了依据.研究结果表明,石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径分别为4 m左右;在延长钻孔抽放时间不到20%的情况下,减少了钻孔工程量50%左右,抽采效果良好.     

铁法矿区地面钻孔抽放采空区瓦斯技术及应用

为了解决铁法矿区现有的6 对高突矿井,煤层瓦斯含量大,煤层透气性系数低,瓦斯抽放难度大的问题,传统的瓦斯抽放方法难以满足长壁开采生产的要求.解决低透气性煤层瓦斯抽放问题的根本途径是增加煤层的透气性.采用地面钻孔法抽取采空区瓦斯, 有效利用开采引起的缷压增加透气性.针对铁法矿区的地质条件和生产工艺特点,阐述了地面垂直钻孔法抽取采空区瓦斯的适用条件,钻孔参数的合理优化,地面钻孔抽放效果等.通过地面钻孔抽放瓦斯,不仅解决了低透气性煤层瓦斯抽放困难,高瓦斯涌出量对矿井安全生产造成威胁等难题,而且有效地利用了煤层气资源.     

顺层瓦斯抽放钻孔渗流场数值模拟及应用

切实可行的瓦斯抽放方式是预防煤矿瓦斯事故灾害的重要方法之一。为了能准确合理地确定顺层瓦斯抽放钻孔的布置参数,基于煤层瓦斯流动理论,建立钻孔抽放瓦斯渗流场数学模型,运用有限元分析软件COMSOL-Multiphysics,以董家河煤矿22518工作面为例,对工作面顺层钻孔瓦斯抽放过程进行数值模拟,研究抽放钻孔周围瓦斯渗流场分布规律,确定22518工作面顺层瓦斯抽放钻孔的布置方式。结果表明:瓦斯抽放初期,瓦斯抽放量较大,持续时间较长,抽放瓦斯卸压作用使得钻孔周围一定范围内的煤体渗透率显著提高,在钻孔中心位置,瓦斯渗流速度达到最大值,煤体孔隙率随着抽放时间的推移逐渐降低,设计钻孔直径90 mm,抽放负压20 k Pa,钻孔有效抽放半径确定为3~4 m时抽放效果较好。该研究结果对提高瓦斯抽放效率,预防瓦斯事故灾害,保障煤矿安全生产具有重要的指导意义。     

鹤煤九矿瓦斯抽采钻孔布置数值模拟及应用

钻孔预抽煤层瓦斯是目前治理矿井瓦斯的主要措施。以瓦斯渗流理论为基础,以钻孔抽采周围流场为径向流场,建立了钻孔周围瓦斯流动数学方程;并结合鹤煤九矿3104工作面具体抽采条件,利用COMSOL Multiphysics软件对钻孔预抽煤层瓦斯在不同抽采时间、不同抽采负压和不同钻孔直径下周围瓦斯压力分布进行数值模拟。并将上述模拟结果确定的抽采钻孔布置参数在3104采煤工作面进行煤层瓦斯预抽实践;抽采后经效果检验,残余瓦斯压力、残余瓦斯含量等均与《煤矿瓦斯抽采基本指标》中的相关规定相符合,3104工作面已经消除了煤与瓦斯突出的危险性。     

高位顺层钻孔瓦斯抽放数值模拟

针对八连城煤矿19号煤层62.1%~71.6%的瓦斯来源于采空区的问题,提出高位顺层钻孔抽放采空区瓦斯的治理方案.基于关键层理论和"O"形圈理论,分析了采空区上覆岩层裂隙形态,对瓦斯在其中的运移规律进行了研究,认为在上覆岩层采动裂隙中瓦斯流动符合达西定律.利用商业软件COMSOL-Multiphysics对瓦斯抽放进行了数值模拟,直观展示了瓦斯抽采时的瓦斯分布状态.模拟结果表明瓦斯抽放有效降低了瓦斯压力,给现场瓦斯抽放提供了理论依据,具有重要的实践意义.     

瓦斯抽采钻孔破坏过程数值分析

从瓦斯抽采过程中钻孔的塌孔卡钻现象出发,结合RFPA2D-Flow模拟结果,分析说明了由于应力集中现象的出现,对钻孔周边煤体中瓦斯渗透率的影响,并根据钻孔周边应力沿孔壁的变化规律得出了瓦斯沿抽放钻孔周边涌出的发展规律.最后,通过对钻孔周边应力沿孔壁的变化规律和瓦斯涌出时导致的卸压作用的分析,得出了瓦斯抽放钻孔周边煤岩体的破坏是由上下两侧孔壁首先被拉裂然后导致破坏向左右两侧孔壁逐渐延伸的发展过程.     

浅谈边抽边掘技术在急倾斜煤层群中的应用

该文通过对急倾斜煤层群掘进瓦斯涌出规律分析,阐述了利用巷帮走向钻孔对下邻近层卸压瓦斯进行抽放,解决了工作面及回风巷瓦斯超限的问题。     

煤体钻孔瓦斯有效抽采半径判定技术

为研究瓦斯矿井本煤层准确测定瓦斯有效抽采半径问题,提出了利用吨煤瓦斯抽采量计算钻孔瓦斯有效抽采半径的测定方法.基于瓦斯钻孔衰减负指数规律建立钻孔瓦斯抽采模型,解算出吨煤瓦斯抽采量,并与其煤层原始瓦斯含量对比,得出煤层残存瓦斯含量Wc和抽采率η,以此判断钻孔瓦斯有效抽采半径,只有同时满足{Wc≤8m3/t∩η≥30%},才为钻孔瓦斯有效抽采半径.研究结果表明:随着预抽时间延长,钻孔瓦斯有效抽采半径逐渐增大,直至极限抽采半径.通过工程实践,分析了不同时间的有效抽采半径,为瓦斯矿井抽采工作提供了可靠的抽采参数,具有实际应用价值.     

基于COMSOL Multiphysics的钻孔抽采有效半径影响因素研究

钻孔抽采有效半径是瓦斯抽采设计的基础参数及钻孔布置间距确定的重要依据,其影响因素众多。为理清各影响因素,文章建立了顺层钻孔周围瓦斯流动规律的固气耦合模型,运用COMSOL Multiphysics从煤层赋存参数、抽采参数两个方面对模型进行解算。结果表明:煤体赋存参数中,煤层初始渗透率起主控作用,其次是煤层初始瓦斯压力,煤层埋深通过压实煤体减小煤层渗透率影响抽采有效半径;抽采参数中,在同一煤层,有效预抽期内抽采时间很大程度上控制着抽采有效半径,钻孔直径影响程度相对抽采时间减小,抽采负压影响不明显。     

穿煤层钻孔定向水压致裂的数值仿真

选取鸡西城山煤矿现场实例,利用RFPA2D-Flow软件模拟了穿煤层钻孔定向水压致裂全过程.分析了应力、水压的分布与变化规律,研究了损伤区域、卸压区域的形成与扩展过程.对穿煤层钻孔定向水压致裂前后煤层瓦斯抽放过程中瓦斯抽放效果及压力分布进行了对比研究.结果表明,实施定向水压致裂后压裂孔与控制孔之间的卸压区成为主要的瓦斯渗流通道,使瓦斯抽放效果显著提高.     

瓦斯抽放在低瓦斯矿井瓦斯防治中的应用

为了解决高产高效工作面多瓦斯涌出源、瓦斯涌出量大的问题,结合矿井的地质开采条件,提出了实施综合瓦斯抽放方法,即开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽、本煤层抽放瓦斯、采空区瓦斯抽放等多种方法在一个工作面的综合应用。此方法在空间和时间上为瓦斯抽放创造更多的有利条件,将钻孔抽放与巷道抽放结合起来,大幅度提高了瓦斯抽放率,从而降低瓦斯抽放成本,保证了矿井安全生产。     

赵官煤矿矿井瓦斯基本参数测试与分析

应用理论分析和现场实测方法,探讨了赵官煤矿主采煤层瓦斯压力、钻孔瓦斯流量、煤层瓦斯含量和煤层透气性系数等参数,为研究煤层瓦斯的流动规律、煤层瓦斯抽放提供了科学依据,对赵官煤矿矿井瓦斯综合治理具有重要的指导意义。     

径向流场瓦斯压力分布

研究煤层瓦斯径向流场的流动方程——非线性偏微分方程的解析解迄今仍是数学难题。作者通过变量替换和适当化简,获得其近似的解析解,即径向流场瓦斯压力分布规律表达式,以此建立起煤层瓦斯抽放参数的解析计算式。经计算机的数值计算验证,新的解析式是可靠的,而且精度较高,简便实用。     

高透气性煤层瓦斯治理方法初探

以塔山煤矿8103综放工作面为例,介绍了大产量、低瓦斯含量、高透气性煤层的瓦斯治理经验。通过对煤层初始瓦斯涌出量和衰减系数的测定,计算出本煤层钻孔抽放的不合理性,指出高位巷道密闭抽放是瓦斯治理的最佳选择。     

钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟

钻孔抽放瓦斯是中国利用和治理煤层瓦斯最主要的方法。随着开采深度的加深,地应力场等因素对瓦斯渗流的影响越来越明显。基于对煤层瓦斯一系列的假设的基础上,考虑了地应力、煤层瓦斯压力变化对煤体骨架产生的变形的影响,推导出了孔隙率、渗透率的表达式。运用多孔介质渗流的基本定理和流固耦合的基本理论得出了瓦斯流固耦合控制方程。运用多物理场耦合分析软件对钻孔抽放下的瓦斯渗流场进行了模拟分析。得到了钻孔抽放条件下瓦斯压力的分布、不同的埋藏深度下以及不同的钻孔参数（抽放负压、钻孔半径）对瓦斯渗流场的影响。分析模拟结果可以对现场