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.     

淮北芦岭煤矿构造煤层钻孔瓦斯抽采效果分析

芦岭煤矿提高煤层瓦斯抽采率的技术途径是采用人为方法预先松动原始煤体，提高煤层的透气性、水力压裂、水力割缝等水力化措施以及预裂爆破等，合理布孔和改变钻孔参数。本文以U825工作面为例．分析不同的钻孔间距、钻孔孔径、布置方式及封孔材料的钻孔瓦斯抽采效果，为特厚构造煤层顺层钻空瓦斯抽采参数的合理设计提供依据。     

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。     

各向异性和非均质性对煤层抽采钻孔瓦斯渗流的影响作用机制

为提高深部煤层瓦斯抽采效率,研究抽采钻孔周围煤体的瓦斯渗流规律十分关键。文中基于煤体的各向异性和非均质性,考虑煤体应力变形场和瓦斯渗流场的交叉耦合作用,分析了煤层抽采中水力割缝钻孔周围瓦斯压力以及渗透率的时空演化规律。结果表明:煤体的各向异性和非均质性影响割缝钻孔周围的瓦斯渗流规律。对于瓦斯压力的变化,平行层理方向瓦斯压力降幅大于垂直层理方向,抽采影响范围分布呈现"椭圆形",煤体各向异性表征明显。对于渗透率的变化,平行层理方向的煤层渗透率高于垂直层理方向,抽采初期渗透率的增加幅度较快,随后逐渐减缓,渗透率变化曲线呈现不规则"锯齿形",煤体非均质性表征明显。将数值模拟结果与杨柳矿4~#钻场瓦斯抽采的实际监测情况相互对比,现场实测的瓦斯抽采情况与模拟得到情况基本吻合,从而验证了数值模拟的合理性及工程适用性。     

下分层千米瓦斯抽采钻孔布置层位优化

为确定特厚煤层分层开采时,千米钻孔在下分层中合理布置层位,提高千米钻孔瓦斯抽采效果,以亭南煤矿205工作面下分层瓦斯抽采为例,采用理论计算和Flac3D数值模拟的方法,对采动过程底板破坏规律进行研究.由理论计算可知,底板以下6 m位置为抽采钻孔布置的临界层位,低于该层位有发生塌孔危险.数值模拟得出同样结果,采场底板以下4 m位置,煤体发生剪切和拉张破坏;底板下6 m,以剪切破坏为主;底板下8 m,煤体受采动影响不明显塑性变形较小.研究结果表明:将千米钻孔布置在底板下6 m位置,可保持长期有效地抽采下分层煤体瓦斯.据此在工程试验布置千米抽采钻孔,抽采效果较好,实现了对千米定向钻孔在下分层的位置进行了优化.     

含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合数值模拟

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,并引入煤体变形过程中细观单元损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合作用模型·应用该模型模拟研究了煤矿开采诱发的煤与瓦斯突出过程、突出前后煤体中瓦斯压力的变化规律以及采动影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,这对于进一步深入理解煤与瓦斯突出机理、瓦斯抽放作用机制等并采取相应的预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义·     

顶板致裂增大煤层透气性技术试验研究

为解决新安煤矿瓦斯治理难题,提高瓦斯治理水平、增强防突效果,针对该矿瓦斯抽采现状和煤层赋存特征,开展了"松软不稳定煤层顶板制裂增大瓦斯透气性试验研究",着力解决封孔成功率低、钻孔利用期短、压裂影响范围小、流量衰减快等技术难题.在14170工作面顶板钻场分别施工了压裂及导向钻孔,通过压裂钻孔注入高压流体进行压裂以达到对煤体卸压增的目的.研究结果表明:该技术能有效提高抽采钻孔的瓦斯浓度及流量,大幅提高瓦斯抽采效果,有效地降低施工区域的突出危险性;形成了一套适合新安煤矿瓦斯地质条件的卸压增透工艺技术,为有效预防煤与瓦斯突出灾害提供理论及技术支持.     

顺层抽采钻孔倾角定位技术的研究及应用

针对中薄煤层顺层瓦斯抽放钻孔施工困难的问题,通过对祁东煤矿6135工作面风巷下向顺层抽采钻孔施工过程的全程跟踪及实践,对钻孔施工倾角定位技术提高顺层抽采钻孔施工成孔率进行了试验研究,并取得了显著的成效。一、工作面概况6135工作面位于井田东翼一水平三采区,东以6135工作面切眼为界,西至63轨道石门大巷保护煤柱线,南北分别以风、     

影响采空区顶板抽放瓦斯效果的主要因素分析

对于低透气性高瓦斯煤层群开采的首采工作面，或厚煤层开采一分层的工作面回风流中的瓦斯浓度超限问题是一大难题，为解决此难题，通常采用顺层钻孔、穿层钻孔抽放瓦斯措施，收到了一定的效果，问题尚得到较好解决。开采煤层工作面的瓦斯主要来源于本煤层、采空区和邻近层的卸压解吸瓦斯，由于煤层松软，顺层钻孔施工难，不便进行顺层钻孔抽放瓦斯，若对采空区实施大面积抽放，工程难度大，而且抽不出高浓度瓦斯。煤层回采后，采空区顶底板岩层卸压，产生裂隙。由于瓦斯的升浮漂移和渗流特性，来自于开采煤层和卸压煤层内卸压瓦斯，沿裂隙通道汇集到裂隙区，形成瓦斯积存库。把抽放钻孔或巷道布置在顶板裂隙内，实施瓦斯抽放，该抽放瓦斯技术起到了对开采工作面上隅角瓦斯的截流作用，解决了松软低透气性高瓦斯煤层群开采瓦斯抽放困难的关键技术难题。     

顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺优化选择

根据岩石力学、弹塑性力学理论建立了顺层钻孔周围煤体塑性区应力分布数学模型,分析了顺层抽采钻孔施工过程中周围煤体破坏规律及应力分布状态。数值模拟了采用水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔、胶囊封堵-压力注浆封孔三种工艺下钻孔周围煤体应力分布规律,三种封孔工艺分别通过改变钻孔支护阻力、钻孔周围煤体物性参数等方式进行模拟。结果表明:胶囊封堵-压力注浆封孔工艺可有效封堵裂隙,加固钻孔周围破碎煤体,对钻孔周围煤体应力分布的控制效果优于现有的封孔工艺,对于顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺有一定的指导意义。     

顺层钻孔瓦斯抽采漏气影响因素研究

顺层钻孔瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害防治的主要技术措施,其中钻孔封孔质量是决定瓦斯抽采效果的重要影响因素。基于抽采钻孔漏气量计算数学模型,分析了封孔长度和抽采负压对钻孔漏气量的影响。现场试验和数值模拟表明,增加顺层钻孔的封孔长度能够有效减少钻孔漏气量,最佳封孔长度为8~10m;提高抽采负压不能有效增加钻孔的瓦斯抽采量,反而一定程度上增加了钻孔的漏气量,并降低了抽采瓦斯浓度。研究成果为顺层钻孔提高瓦斯抽采效果提供了理论依据。     

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     

仰角钻孔在瓦斯抽放中的作用

瓦斯事故是煤矿安全事故中的一种主要类型,属于煤矿五大灾害之一。杏花煤矿西二二区28#右0采面,由于地质变化27#与28#间距为6-8米之间,该采面的瓦斯含量大,严重影响采煤回采,制约生产,需对该采面进行打钻注水、仰角钻孔与本层钻孔同时抽放。     

新景矿9#煤顺层钻孔瓦斯抽采固-气耦合模型数值模拟

为了探讨顺层瓦斯抽采时的瓦斯渗流运移规律,提高低渗透煤层的抽采效率,运用弹塑力学理论,基于煤体骨架有效应力的变形特性,利用Kozeny-Carman方程进行理论推导,建立了钻孔周围煤体弹性形变与塑性形变的渗透率与孔隙率动态变化模型.结合多孔介质渗流力学理论,建立了钻孔抽采瓦斯渗流固-气耦合模型.针对新景矿9#煤的地质条件,运用COMSOL计算软件,对其耦合模型进行数值计算,得出了布孔间距与单钻孔有效抽采半径之间的关系.模拟结果表明：随着钻孔不断抽采,钻孔瓦斯抽采量初期比较大并能维持一段时间,随后将逐渐减小,最后接近稳定值,同时钻孔有效抽采半径也逐渐变大,但变化的程度越来越小.通过现场实际运用,验证了该模型与关系式的有效性与正确性.     

MKD-5S大功率钻机施工顺层长钻孔技术

新集一矿131105工作面为煤与瓦斯突出危险工作面,通过布置本煤层顺层钻孔预抽瓦斯解突,顺层长钻孔在松软煤层中施工,易出现塌孔、埋钻等孔内事故,制约了钻孔施工深度,钻具折断等给工作面回采留下重大安全隐患。采用大功率钻机及时有效的施工了长钻孔,确保了工作面瓦斯治理抽采达标工作的扎实开展。     

顺层钻孔抽采瓦斯有效半径数值模拟与实测研究

为准确地确定顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径,结合实际阳泉矿区某矿煤层赋存参数条件,运用FLUENT软件对单个钻孔和多个钻孔抽采下的煤层瓦斯渗流场进行了数值模拟分析。结果表明:该工作面抽采时间60 d的单个钻孔理论瓦斯有效抽采半径为1.73 m;多钻孔抽采条件下相邻钻孔的间距对瓦斯渗流场的影响具有一定的规律;数值模拟结果与实测结果具有较好的一致性。     

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.     

高位钻场顶板走向钻孔抽放瓦斯技术在月亮田矿的应用

月亮田矿13617工作面6#煤层属该区段的首采层,瓦斯含量高、压力大,具有突出危险性。为了确保安全回采,实现工作面稳产高产,采用高位钻场顶板走向钻孔抽放瓦斯;为提高钻孔有效长度,达到最佳抽放效果,对高位钻场及顶板走向钻孔技术参数进行优化与确定。     

高位水平钻孔抽放瓦斯技术在杨庄煤矿Ⅳ528工作面的应用

杨庄煤矿1966年投产,随着开采深度的增加,瓦斯涌出量增大,目前深部三、四水平（标高为-800m）为主采水平,杨庄煤矿主采5煤层在-450～-800m范围内,工作面相对瓦斯涌出量为6.10～11.14m^3/t。以往采用的高位钻孔瓦斯抽放技术存在抽放钻孔层位定位不准、瓦斯抽放效果不稳定、有效抽放钻孔长度短、钻孔利用率低、过钻场时工作面及上隅角瓦斯超限时有发生等不足。因此，需通过提高钻场高度，优化水平钻孔布置参数，     

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。