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顺层钻孔预抽煤层瓦斯精准布孔模式及工程实践林海飞;季鹏飞;孔祥国;李树刚;窦桂东;李可【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2022(47)3【摘要】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者对P_(max)/P_(b)影响非常显著,并且对P_(max)/P_(b)数值影响较大;工程因素中抽采负压与钻孔直径的交互作用响应等值线呈圆形分布,说明二者交互作用不明显;在布孔间距与地质因素交互作用下,响应等值线沿布孔间距方向更为密集,布孔间距对P_(max)/P_(b)影响仍然是显著的,与单因素分析结果相互佐证。
试验工作面采用“分时分区”式顺层钻孔精准布孔方法确定的合理布孔参数依次为:抽采负压24.0kPa、钻孔直径113 mm、布孔间距6.0 m;经优化预抽钻孔参数后,现场瓦斯预抽效果良好且预抽达标检验合格,实现了煤层瓦斯精准预抽。
抽放钻孔瓦斯流动模型及解算软件设计
林海燕;袁修干;彭根明
【期刊名称】《煤炭技术》
【年(卷),期】1999(18)2
【摘要】抽放钻孔周围的煤层瓦斯流动可近似视为一维径向流动，其运动规律符合达西定律。
根据煤体原始瓦斯压力、吸附常数、透气性系数等参数可对抽放钻孔周围瓦斯流动进行解算。
本文建立了一维径向瓦斯流动数学模型。
【总页数】3页(P26-28)
【关键词】煤层瓦斯;抽放钻孔;数学模型;瓦斯流动模型;软件
【作者】林海燕;袁修干;彭根明
【作者单位】北京航空航天大学人-机-环境工程研究所;煤炭科学研究总院
【正文语种】中文
【中图分类】TD712.6;TD712.51
【相关文献】
1.顺层钻孔有效瓦斯抽采半径数值解算方法研究 [J], 刘清泉;程远平;王海锋;刘洪永;刘敬敬
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3.地面抽放邻近层瓦斯钻孔流动场内瓦斯压力分布及渗透性变化浅析 [J], 吕绍林
4.利用大直径抽放钻孔代替走向高抽巷抽放邻近层瓦斯的应用实践 [J], 张兵
5.利用大直径抽放钻孔代替走向高抽巷抽放邻近层瓦斯的应用实践 [J], 张兵
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基于固气耦合模型的煤巷掘进煤壁瓦斯动态涌出规律施峰;王宏图;舒才【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2018(043)004【摘要】为掌握煤巷掘进煤壁瓦斯涌出量的动态变化规律,在传统二维煤巷瓦斯涌出量计算方法中引入固气耦合模型,提出基于固气耦合及巷道断面瓦斯涌出量时间积分的煤壁瓦斯涌出计算方法,并通过现场实测瓦斯涌出量验证了计算结果的准确性.研究结果表明:煤巷掘进速度恒定,煤壁瓦斯涌出量随掘进距离逐渐增大,增幅不断减小,符合指数衰减多项式的变化规律;间断式掘进循环的煤壁瓦斯涌出量呈锯齿状增加,总体涌出趋势与恒速掘进相同;随时间增加,不同掘进循环瓦斯涌出总量差异趋于稳定,长时间掘进,掘进循环内瓦斯涌出量波动对瓦斯涌出总量的影响可忽略;瓦斯压力对煤巷煤壁瓦斯涌出具有较大影响,瓦斯压力越大,煤壁瓦斯涌出量随掘进距离的增幅越大,且存在瓦斯压力临界值,当巷道煤层瓦斯压力超过该值后,巷道瓦斯浓度可能超限.根据项目背景的工程条件,计算得到该煤巷掘进的临界瓦斯压力.【总页数】7页(P1024-1030)【作者】施峰;王宏图;舒才【作者单位】重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044【正文语种】中文【中图分类】TD712【相关文献】1.固-热-气耦合作用下含瓦斯低透煤的渗流规律 [J], 刘刚;肖福坤;于涵;侯志远;赵荣欣;庞建宝;2.基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟 [J], 尹光志;李铭辉;李生舟;李文璞;姚俊伟;张千贵3.掘进工作面煤壁瓦斯动态涌出规律的研究 [J], 谷斌;陈烨4.基于含瓦斯煤固气耦合模型的数值模拟和应用研究 [J], 武建东5.含瓦斯煤岩固气耦合动态模型与数值模拟研究 [J], 崔巍; 王瑾; 王静; 宋姣姣; 张圆圆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
温度作用下煤层瓦斯解吸渗流规律数值模拟
张永利;张乐乐;马玉林;王金铜
【期刊名称】《防灾减灾工程学报》
【年(卷),期】2014(34)6
【摘要】如何提高煤层气渗透率是目前煤层气开采研究中的重要课题。
基于煤层瓦斯渗流规律数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件,对流-固-热耦合条件下的非等温煤层气解吸、渗流变化规律进行了数值模拟。
结果表明,在注热条件下,煤层气渗流压力随着温度的增加而下降,且下降速度加剧,压力差越大,气体从高压区域流向低压区域的渗流速度越快。
气体在煤层中径向流向井口,井口附近压力的梯度增大,气体渗流速度较快;在未受到加热影响的区域,煤层气不受外加热量影响,煤层气解吸速率保持不变;注热后煤层温度升高,可以加快煤层气渗流速度、提高渗透率、增加煤层气产量。
研究成果可为煤层中注热开采煤层气的工程实践提供相应的理论依据。
【总页数】7页(P671-677)
【作者】张永利;张乐乐;马玉林;王金铜
【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD8
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收稿日期:2022 02 06作者简介:高㊀明(1984-),男,山西阳泉人,工程师,从事瓦斯治理及绿色开采技术工作㊂doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2022.08.010阳泉五矿15号煤层不同孔径的有效抽采半径对比研究高㊀明(潞安化工集团五矿,山西阳泉㊀045000)摘㊀要:针对阳泉五矿15号煤层瓦斯含量赋存差异性大㊁钻孔抽采不具备穿层钻孔施工且瓦斯衰减快等问题,文章采用理论计算㊁实验室试验和现场实测等综合研究方法,利用顺煤层快速施工钻孔流量法测定有效抽采半径,研究了不同孔径条件下不同孔距的瓦斯抽采规律,重点探究了不同孔径条件下不同孔距的抽采钻孔的极限预抽率,从而确定了不同孔径钻孔有效抽采半径与时间关系,对于类似条件下的矿井瓦斯抽采工作具有参考与借鉴意义㊂关键词:不同孔径;顺煤层施工;瓦斯抽采规律;极限预抽率;有效半径中图分类号:TD712.6㊀㊀㊀文献标识码:B㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2022)08 0035 07㊀㊀目前,抽采半径测定方法主要有瓦斯含量降低法㊁钻孔瓦斯流量法和瓦斯压力降低法[1-3]㊂瓦斯压力降低法由于封孔与钻孔技术弊端,难以准确掌握瓦斯的真实压力[4-6]㊂采用瓦斯含量法进行抽采半径考察时,需要测不同间距处的瓦斯含量,一旦实测瓦斯含量未降至临界值以下,含量取样孔将破坏考察条件,致使考察孔无法继续考察,该方法只需测含量数据,操作简单,但需要根据测定过程的实际情况随时调整布孔方案,同时含量测定数据间误差大㊁不确定性因素多㊂而钻孔瓦斯流量法操作相对简单㊁测试成功率高,大量抽采数据统计能降低单个数据测试偏差,考察出的半径更接近于现场抽采工程实际,因此,本次瓦斯抽采半径考察以钻孔瓦斯流量法确定15号煤层不同孔径90mm㊁113mm 和133mm 的有效抽采半径㊂钻孔瓦斯流量法通过单孔抽采时间与流量关系计算出瓦斯抽采累计量,根据其他参数总抽采量㊁瓦斯含量㊁有效抽采率之间的相互关系得到不同时间条件下的有效抽采孔距,此方法简单易操作,结果较为准确㊂1㊀试验工作面概况及钻孔布置概况1.1㊀试验工作面概况五矿该次15号煤层瓦斯抽采半径考察的试验巷道设在8408工作面回风巷㊂8408工作面东北部为矿界,东南部为8406工作面(已采),西南部及西北部为采区大巷㊂在8408工作面回风巷选取一段长250m 的巷道作为现场试验地点㊂8408回风巷为煤巷,该巷道设计长度为664m,巷道为矩形断面,巷道宽度为5.40m,巷道高度为4.05m,巷道断面积为21.87m 2.该工作面15号煤层整体为一轴向北东的向斜形态,煤层倾角3~11ʎ,平均约7ʎ,煤层总厚度6.2m.1.2㊀试验钻孔的布置在15号煤层8408工作面试验施工3种孔径(90mm㊁113mm 和133mm)考察钻孔,每种考察钻孔布置3组平行顺层钻孔,组间距为10m,每组钻孔数3个,钻孔间距分别设计为5.5m㊁6m㊁6.5m.试验钻孔长度在115~119m,开孔高度为1.5m,倾角为1~3ʎ(沿煤层倾角),保证上向孔,钻孔抽采管采用PVC 管,连接到抽采管路上,安装孔板流量计(或其他瓦斯抽采多参数计量装置)分别记录单孔的瓦斯流量㊁瓦斯浓度和负压,测定结果见表1,抽采半径考察钻孔的布置如图1所示㊂㊀㊀从表1看出,试验区域实测原煤瓦斯含量为6.10~9.11m 3/t,最大瓦斯含量为9.11m 3/t,平均瓦斯含量为7.45m 3/t.㊀㊀抽采钻孔施工完毕后,采用囊袋式 三堵两注水泥砂浆封孔方式,封孔长度不低于15m㊂封孔管采用D 63mm 封孔管,每个单孔加装流量计,将钻孔连接到抽放管路上,试验期间确保抽采负压大于13kPa㊂利用瓦斯多参数管道测定仪测定并记录单孔的瓦斯抽采参数,包括抽采负压㊁浓度㊁流量等,试验钻孔接抽后,抽采前期(前20d)一般每天记录单孔抽采参数,中后期记录按3d一次(21d以后),中后期检测时间间隔根据前期考察情况可适当延长,该次五矿抽采半径考察孔的抽采计量统计时间均在1个月以上㊂表1㊀抽采半径考察钻孔竣工参数及瓦斯含量测定结果钻孔孔径类型组号孔号夹角/(ʎ)倾角/(ʎ)孔深/m煤孔段/m钻孔间距/m瓦斯含量/(m3㊃t-1) 51号90-2117117 5.5 6.58第一组53号90-2115115 5.5/55号90-1118118 5.5/59号90-2118806/90mm第二组61号90-21181186/64号90-311811869.1168号90-3118118 6.5/第三组71号90-2117117 6.5/74号90-3114114 6.5 6.1080号90-2117117 5.5/第一组82号90-411868 5.5 6.9184号90011870 5.5/88号90-2118706/ 113mm第二组90号90011711767.6593号900118736/97号90011887 6.5/第三组100号90011994 6.58.01103号90010350 6.5/110号900118118 5.5/第一组112号900115115 5.57.95114号900112112 5.5/118号9001191196/ 133mm第二组120号9001176567.68123号90-51181186/127号901117117 6.5/第三组130号90011795 6.57.06133号90-111798 6.5/图1㊀抽采半径考察布置钻孔示意2㊀不同孔径不同间距抽采钻孔的瓦斯抽采规律㊀㊀为了研究不同孔径条件下不同间距钻孔抽采效果,测定了瓦斯抽采量衰减系数(β)和钻孔初始瓦斯抽采量(Q c0)㊂通过按钻孔间距分组测定法,按照以下公式计算㊂2022年8月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀高㊀明:阳泉五矿15号煤层不同孔径的有效抽采半径对比研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第31卷第8期Q标况=Q工况P1T0 P0T1式中:Q标况为标准状态条件下的瓦斯流量,m3/min;Q工况为工况状态条件下的瓦斯流量, m3/min;P0为标准大气压力,取101325Pa;P1为抽采钻孔孔口绝对压力,井下大气压力为90025Pa;T 为抽采钻孔孔口瓦斯的绝对温度(T=273.2+t),K; T0为标准状态条件下的绝对温度,取273.2K;t为抽采孔口瓦斯的温度,ħ.大量实践表明,钻孔瓦斯抽采量Q ct与钻孔的抽采时间t符合如下负指数函数关系式:Q ct=Q c0e-βt式中:Q c0为初始瓦斯抽采量(百米钻孔), m3/min㊃hm-1;Q ct为百米钻孔抽采时间t下平均瓦斯抽采量,m3/min㊃hm-1;β为量衰减系数,d-1;t为抽采时间,d㊂对上式积分,得到任意t天内的钻孔瓦斯抽采总量Q ct:Q ct=ʏt0Q c0e-βt=1440ˑQ c0(1-e-βt)β式中:Q ct为t天内的钻孔瓦斯抽采总量,m3; Q ci为tңɕ时钻孔极限瓦斯抽采量,m3.2.1㊀孔径90mm钻孔瓦斯抽采规律间距为5.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.2709e-0.026t间距为6m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.35e-0.033t间距为6.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.31e-0.028t根据以上公式,可得不同钻孔间距下百米钻孔瓦斯抽采总流量与抽采时间关系如下:间距为5.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=15003.69(1-e-0.026t)间距为6m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=15272.73(1-e-0.033t)间距为6.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=15942.86(1-e-0.028t)2.2㊀孔径113mm钻孔瓦斯抽采规律间距为5.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:㊀㊀Q ct=0.2908e-0.026t间距为6m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.4192e-0.037t间距为6.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.3829e-0.033t根据以上公式,可得不同钻孔间距下百米钻孔瓦斯抽采总流量与抽采时间关系如下:间距为5.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16105.85(1-e-0.026t)间距为6m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16314.81(1-e-0.037t)间距为6.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16708.36(1-e-0.033t)2.3㊀孔径133mm钻孔瓦斯抽采规律间距为5.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.3969e-0.034t间距为6m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.3128e-0.027t间距为6.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.3461e-0.03t根据以上公式,可得不同钻孔间距下百米钻孔瓦斯抽采总流量与抽采时间关系如下:间距为5.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16809.88(1-e-0.034t t)间距为6m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16682.67(1-e-0.027t)间距为6.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16612.8(1-e-0.03t)从图2~图10可知,瓦斯流量随着抽采时间增加而减小,呈负指数关系衰减,而孔距越小,瓦斯抽采流量越大,表明在抽采时间㊁体积煤体和瓦斯含量同等条件下,钻孔间距越大,瓦斯抽采速度越慢,煤层瓦斯含量下降越慢㊂2022年8月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀高㊀明:阳泉五矿15号煤层不同孔径的有效抽采半径对比研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第31卷第8期图2㊀孔径90mm孔距5.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图3㊀孔径90mm孔距6m的百米瓦斯流量衰减趋势图图4㊀孔径90mm孔距6.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图5㊀孔径113mm孔距5.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图6㊀孔径113mm孔距6m的百米瓦斯流量衰减趋势图图7㊀孔径113mm孔距6.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图8㊀孔径133mm孔距5.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图9㊀孔径133mm孔距6m的百米瓦斯流量衰减趋势图图10㊀孔径133mm孔距6.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图3㊀不同孔径条件下不同间距的钻孔瓦斯预抽率与时间关系㊀㊀钻孔预抽煤层瓦斯效果的主要指标是瓦斯预抽率,它是指在一定抽采时间某一范围内瓦斯抽出量与钻孔瓦斯储量的比值关系:η=100Q/(LlM0rW0)式中:η为钻孔瓦斯预抽率,%;Q抽为t抽采时间内百米钻孔抽出的纯瓦斯量,m3,取Q ct;L为钻孔区域,m(孔间距5.5m㊁6m㊁6.5m);l为抽采钻孔长度,取100m;M0为煤厚,8408工作面煤厚取6.6m;r为煤密度,取1.35t/m3;W0为煤层原始条件下瓦斯含量,试验区域最大实测瓦斯含量,取9.11m3/t.其余以上符号意义同前㊂根据公式,瓦斯预抽率与时间关系如下: 1)㊀90mm孔径㊂间距为5.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=28.72(1-e-0.026t)间距为6m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=26.58(1-e-0.033t)间距为6.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=26.51(1-e-0.028t)2)㊀113mm孔径㊂间距为5.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=30.83(1-e-0.026t)间距为6m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=28.39(1-e-0.037t)间距为6.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=26.84(1-e-0.033t)3)㊀133mm孔径㊂间距为5.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=31.91(1-e-0.034t)间距为6m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=29.02(1-e-0.027t)间距为6.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=26.91(1-e-0.03t)由图11~图13可知,不同孔径条件下不同孔间距的抽采率都存在一个上限值,当达到预抽率后,再增加时间,抽采率不再增加,孔间距增加,抽采率降低,当孔间距增加后瓦斯抽采极限预抽率仍低于抽采达标标准值时,增加抽采时间也不可能使煤层抽采达标㊂图11㊀孔径90mm 不同间距钻孔瓦斯预抽率图图12㊀孔径113mm 不同间距钻孔瓦斯预抽率图图13㊀孔径133mm不同间距钻孔瓦斯预抽率图4㊀瓦斯抽采达标下预抽率确定根据‘煤矿瓦斯抽采基本指标“(AQ1026-2006)相关规定[7]:瓦斯抽采达标时的预抽率可以根据原始瓦斯含量和残余瓦斯含量计算得出:η=(W0-W残余)/W0式中:η为钻孔瓦斯的预抽率,%;W0为煤层原始条件下最大瓦斯含量,试验地点最大瓦斯含量取9.11m3/t;W残余为抽采达标后的煤层平均残余瓦斯含量,m3/t.达标残余瓦斯含量和可解吸瓦斯量参照表2[7]判定采煤工作面评价范围瓦斯抽采效果是否达标㊂表2㊀采煤工作面回采前煤层可解吸瓦斯量应达到的指标值可解吸瓦斯量W j/(m3㊃t-1)工作面日产量/tɤ8ɤ1000ɤ71001~2500ɤ62501~4000ɤ5.54001~6000ɤ56001~8000ɤ4.58001~10000ɤ4>10000根据五矿工作面生产情况,考虑回采期间工作面瓦斯治理工作,该次抽采半径考察预抽率计算以煤层可解吸瓦斯含量小于4m3/t为依据,同时根据华北科技学院对五矿15号煤层测定的瓦斯基础参数测定结果可知,五矿15号煤残存瓦斯含量为2.68~3.97m3/t,平均3.51m3/t,该次计算残存瓦斯含量取2.68m3/t.综上所述,煤层残余瓦斯含量的最大值为煤层残存瓦斯含量2.68m3/t加上前述依据工作面日产量取值的最大值可解吸瓦斯含量4m3/t之和,即6.68m3/t,小于8m3/t,将其与试验地点最大瓦斯含量9.11m3/t代入到上述公式中,计算得到煤层抽采达标预抽率η为26.67%.5㊀有效抽采半径确定根据在不同抽采时间条件下对应的煤层瓦斯预抽率,其结果见表3~表5.1)㊀目标预抽率的确定㊂工作面瓦斯目标抽采率为26.67%.2)㊀抽采钻孔布置方式的确定㊂如上所述,工作面瓦斯预抽率必须能够达到目标值26.67%时才能抽采达标㊂①孔径90mm㊂根据表3可知:孔径90mm钻孔,预抽期120d,钻孔间距为5.5m时,预抽率达到26.67%,其他钻孔间距均还未抽采达标,因此确定工作面合理预抽时间为120d㊁钻孔间距为5.5m㊁抽采半径为2.75m.钻孔孔径90mm,孔距为6m和6.5m时,即抽采率分别为26.58%和26.5%,抽采多久都无法抽采达标㊂表3㊀孔径90mm不同钻孔间距瓦斯预抽率与时间关系抽采时间/d不同钻孔间距的预抽率/%5.5m6m6.5m3015.5516.7015.076022.6822.9121.579025.9525.2224.3812027.4526.0725.5915028.1426.3926.1118028.4526.5126.3421028.6026.5526.4424028.6626.5726.4827028.6926.5826.5030028.7126.5826.50㊀㊀注:表中26.67%为目标预抽率,小于26.67%的范围为无效值㊂根据表4可知:孔径113mm钻孔,预抽期90d,钻孔间距为5.5m和6m时,预抽率达到26.67%,其他钻孔间距均还未抽采达标㊂表4㊀孔径113mm不同钻孔间距瓦斯预抽率与时间关系抽采时间/d不同钻孔间距的预抽率/%5.5m6m6.5m3016.7019.0316.876024.3525.3123.139027.8627.3725.4612029.4728.0626.3315030.2128.2826.6518030.5428.3526.7721030.7028.3826.8124030.7728.3926.8327030.8028.3926.8430030.8228.3926.84㊀㊀注:表中26.67%为目标预抽率,小于26.67%的范围为无效值㊂预抽期180d,钻孔间距为5.5m时预抽率达到30.54%;钻孔间距为6m时预抽率达到28.35%;钻孔间距为6.5m时预抽率达到26.77%㊂预抽期180d后,5.5m㊁6m㊁6.5m钻孔间距均抽采达标,即均达到目标预抽率要求,从预抽时间和工程量综合比较,合理工作面预抽时间为180d㊁钻孔间距6.5m㊁抽采半径为3.25m.预抽期180d后,5.5m㊁6m和6.5m钻孔间距均可抽采达标㊂综上所述,钻孔孔径113mm时,确定工作面合理预抽时间为180d㊁钻孔间距为6.5m㊁抽采半径为3.25m.根据表5可知:孔径133mm钻孔,预抽期60d,钻孔间距为5.5m,预抽率达到26.67%,其他钻孔间距均还未抽采达标;预抽期120d,钻孔间距为6m,预抽率达到26.67%,其他钻孔间距均还未抽采达标㊂预抽期180d,钻孔间距为5.5m时,达到31.84%预抽率;钻孔间距为6m 时达到28.8%预抽率;钻孔间距为6.5m 时达到26.79%预抽率㊂预抽期180d 后,5.5m㊁6m㊁6.5m 钻孔间距均抽采达标,即均达到目标预抽率要求,从工程量㊁预抽时间综合比较,确定工作面合理预抽时间为180d㊁钻孔间距为6.5m㊁抽采半径为3.25m㊂预抽期180d后,5.5m㊁6m 和6.5m 钻孔间距均可抽采达标㊂表5㊀孔径133mm 不同钻孔间距瓦斯预抽率与时间关系抽采时间/d不同钻孔间距的预抽率/%5.5m6m6.5m3020.4016.1115.976027.7623.2822.469030.4126.4725.1012031.3727.8826.1715031.7228.5126.6118031.8428.8026.7921031.8828.9226.8624031.9028.9826.8927031.9129.0026.9030031.9129.0126.91㊀㊀注:表中26.67%为目标预抽率,小于26.67%的范围为无效值㊂综上所述,钻孔孔径133mm 时,确定工作面合理预抽时间为180d㊁钻孔间距为6.5m㊁抽采半径为3.25m.根据钻孔抽采规律特性和通过理论计算,得出不同孔径钻孔有效抽采半径与时间关系(表6).表6㊀不同孔径钻孔有效抽采半径与时间关系抽采天数/d不同孔径钻孔有效抽采半径/m90mm113mm133mm100.730.860.8820 1.28 1.49 1.5130 1.69 1.95 1.9760 2.40 2.72 2.75902.753.00 3.00180 2.753.253.25根据表6可知,初步确定孔径90mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.28m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.4m;确定孔径113mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.49m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.72m;确定孔径133mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.51m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.75m.3)㊀抽采时间的确定㊂按照上述分析,在同样煤层瓦斯赋存条件下,孔径90mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.28m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.4m,工作面预抽90d 的合理有效抽采半径为2.75m;孔径113mm钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.49m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.72m,工作面预抽90d 的合理有效抽采半径为3m,工作面预抽180d 的合理有效抽采半径为3.25m;孔径133mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.51m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.75m,工作面预抽120d 的合理有效抽采半径为3m,工作面预抽180d 的合理有效抽采半径为3.25m.6㊀结㊀语1)㊀获得了不同孔径不同孔间距下瓦斯抽采规律,瓦斯流量随着抽采时间的增加而减小,呈负指数关系衰减,而孔距越小,瓦斯抽采流量越大,表明在抽采时间㊁体积煤体和瓦斯含量同等条件下,钻孔间距越大,瓦斯抽采速度越慢,煤层瓦斯含量下降越慢㊂2)㊀测定了不同孔径下不同钻孔间距的抽采钻孔极限预抽率,间距5.5m 时钻孔极限预抽率分别为28.72%㊁30.83%㊁31.91%;间距6m 时钻孔极限预抽率分别为26.58%㊁28.39%㊁29.02%;间距6.5m 时钻孔极限预抽率为26.51%㊁26.84%㊁26.91%.3)㊀根据不同孔径钻不同孔间距下瓦斯抽采规律和抽采钻孔的极限预抽率,确定了不同孔径钻孔有效抽采半径与时间关系,对于类似条件下的矿井瓦斯抽采工作具有参考与借鉴意义㊂参考文献:[1]㊀中国煤炭工业协会.GB /T 23250 2009煤矿井下煤层瓦斯含量直接测定方法[S].北京:中国标准出版社,2009.[2]㊀任仲久.基于FLUENT 的瓦斯抽采半径规律研究[J].能源与环保,2018,40(2):34-37,42.[3]㊀郝富昌,刘明举,孙丽娟.基于多物理场耦合的瓦斯抽放半径确定方法[J].煤炭学报,2013,38(S1):106.[4]㊀郝富昌,刘明举,孙丽娟.瓦斯抽采半径确定方法的比较及存在问题研究[J].煤炭科学技术,2012,40(12):55-58.[5]㊀徐青伟,王兆丰,王立国.有效抽采半径与考察区域形状及布孔间距的关系研究[J].煤矿安全,2018,49(4):144-147.[6]㊀余㊀陶,卢㊀平,孙金华,等.基于钻孔瓦斯流量和压力测有效抽采半径[J].采矿与安全工程学报,2012,29(4):596-600.[7]㊀国家安全生产监督管理总局.AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标[S].北京:北京工业出版社,2006.[责任编辑:路㊀方]。
煤矿采空区瓦斯渗流规律及其数值模拟研究煤矿采空区上覆岩层结构和移动规律分析综放工艺在开采高含量瓦斯厚煤层的推广应用中之所以遇到困难，往往是由于综放面上隅角瓦斯易超限，从而被迫断电撤人、中断生产所导致的。
上隅角瓦斯的主要来源一是工作面煤壁释放出的瓦斯，二是采煤工作面新采落下来的煤炭中散发出来的瓦斯，三是从采空区涌出的瓦斯，其中采空区涌出瓦斯是主要的来源。
由于采动影响在采动断裂带形成的破断裂隙和离层裂隙，采动裂隙网络与采空区相连通形成采动断裂带，由于瓦斯的升浮、扩散和渗透作用，在采动断裂带形成瓦斯富集区，这是瓦斯抽采的重点区域。
因此，要研究采空区内瓦斯的渗流规律，有必要先研究采空区岩体的垮落特征，按照采场覆岩横向采动特征，将采空区按照自然堆积区、载荷影响区和压实稳定区在横向进行划分，弄清各区碎胀系数、空隙率的分布特点；研究采空区上覆岩层采动断裂带的高度、碎胀系数及空隙率等特征，以便较全面地分析和研究采空区内空气—瓦斯混合气体在冒落带和采动断裂带内的渗流规律。
采空区瓦斯流场数学模型研究煤矿采空区内的瓦斯流动情况，建立起瓦斯流场的数学模型，对于认识采空区内瓦斯的真实流动状况以及对于进行数值模拟都有重要的基础意义。
垮落带之上的采动断裂带，在存在破断裂隙和离层裂隙相互贯通的同时，煤岩体内的裂隙还会与综放采场和采空区连通。
研究瓦斯在采动断裂带内的渗流、升浮和扩散原理，可以为解释采动断裂带是瓦斯聚集带，为其内布置钻孔抽采、巷道排放等瓦斯治理技术提供科学依据。
求解方法的选择FLUENT提供三种不同的解格式：分离解；隐式耦合解；显式耦合解。
三种解法都可以在很大流动范围内提供准确的结果，但是它们也各有优缺点。
分离解和耦合解方法的区别在于，连续性方程、动量方程、能量方程以及组分方程的解的步骤不同，分离解是按顺序解，耦合解是同时解。
两种解法都是最后解附加的标量方程（比如：湍流或辐射）。
隐式解法和显式解法的区别在于线化耦合方程的方式不同。
（山西煤炭运销集团野川煤业有限公司，山西晋城048400）顺层钻孔有效抽采半径的确定冯长红【摘要】文章为了确定采用顺层抽采时的有效半径，以优化抽采钻孔的布置方案，通过数值模拟和现场试验相结合的方式进行了研究。
结果表明，采用数值模拟时，113mm 钻孔抽采30d 时有效抽采半径为3.9m ；现场试验确定钻孔抽采32d 时有效抽采半径为4m ，与模拟结果基本一致，可为相似条件下顺层钻孔有效抽采半径的确定提供借鉴。
【关键词】顺层钻孔；有效半径；瓦斯抽采；数值模拟【中图分类号】TD712【文献标识码】A【文章编号】2096-4102（2018）04-0042-02·煤电技术研究·随着煤炭开采深度的增加，瓦斯事故发生的可能性也越来越大，采用瓦斯抽采能够有效避免瓦斯事故的发生。
但是进行瓦斯预抽时，如果抽采参数的设置不合理，不仅造成大量的人力、物力的浪费，还很难达到瓦斯预先抽放的效果。
因此，瓦斯抽采钻孔参数的设置是否合理，直接影响着瓦斯抽采的效果。
1有效抽采半径测定当采用钻孔对煤层进行瓦斯抽采时，会对周围的煤层气体产生影响，影响范围可根据影响的程度分为有效半径和影响半径。
影响半径是指抽采孔与煤层内部压力最初受到影响的位置之间的距离。
对于有效半径的确定，有多种测定方式。
最为常用的有瓦斯压力降低法、瓦斯流量法等。
瓦斯压力降低法是通过每隔抽采孔一定距离施工测压孔，在进行抽采一段时间后，测量不同测压孔中的瓦斯压力，其中残余瓦斯压力小于0.74Mpa 的测压孔都在有效抽采范围内，从而确定出钻孔抽采的有效半径。
或者通过测定抽采前后钻孔内的瓦斯含量，当抽采后瓦斯含量下降超过35%可视为在有效抽采半径内。
2数值模拟分析2.1模型的建立采用COMSOL 数值仿真软件建立模型，为方便建模，可忽略钻孔长度方向上的瓦斯流动状态，建立二维瓦斯抽采模型，如图1所示。
钻孔简化为一个圆，直径为113mm ，其中心即为模型中心，模型尺寸为5m 伊100m ，瓦斯抽采压力和抽采负压分别设置为1.2Mpa 、15Kpa ，其余参数的设置均与11-2号煤层的实际资料为依据，工程地质概况见表1。
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》篇一一、引言随着煤炭资源的开采，瓦斯问题逐渐成为煤矿安全生产的重要问题之一。
顺层瓦斯抽采技术是解决瓦斯问题的有效途径之一，而封孔参数的合理设置是保证瓦斯抽采效果的关键因素。
因此，本文以顺层瓦斯抽采钻孔的封孔参数为研究对象，通过理论分析、实验研究和数值模拟等方法，探讨合理的封孔参数，为煤矿瓦斯治理提供理论支持和实践指导。
二、文献综述前人对于瓦斯抽采钻孔的封孔技术进行了大量研究，主要从封孔材料、封孔工艺、封孔深度等方面进行了探讨。
其中，封孔材料主要包括水泥、砂浆、聚氨酯等，封孔工艺则包括机械封孔、注浆封孔等。
在封孔深度的研究方面，认为随着封孔深度的增加，瓦斯抽采效果会逐渐提高，但同时也需要考虑到钻孔的稳定性、钻井成本等因素。
三、研究方法本文采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法进行研究。
首先，通过理论分析，探讨封孔参数对瓦斯抽采效果的影响机制；其次，进行实验研究，对比不同封孔参数下的瓦斯抽采效果；最后，利用数值模拟方法，对实验结果进行验证和补充。
四、理论分析在理论分析中，本文从瓦斯的运移规律、钻孔的封闭性能、封孔材料的性质等方面出发，分析了封孔参数对瓦斯抽采效果的影响机制。
研究表明，合理的封孔参数应该考虑到瓦斯的运移路径、钻孔的稳定性、封孔材料的密封性能等因素。
同时，封孔深度也是影响瓦斯抽采效果的重要因素之一。
五、实验研究在实验研究中，本文设计了不同封孔参数的钻孔，并进行了瓦斯抽采实验。
实验结果表明，合理的封孔参数可以提高瓦斯的抽采效率，降低瓦斯浓度。
同时，不同封孔材料和工艺对瓦斯抽采效果也有一定的影响。
例如，采用聚氨酯等新型封孔材料可以显著提高封孔效果和瓦斯抽采效率。
六、数值模拟为了进一步验证实验结果和深入探讨封孔参数的影响机制，本文利用数值模拟方法进行了研究。
数值模拟结果表明，合理的封孔参数可以有效地控制瓦斯的运移和扩散，提高瓦斯的抽采效率。
同时，模拟结果也表明了封孔深度对瓦斯抽采效果的影响最为显著。
