压降法在瓦斯抽采钻孔有效抽采半径的应用研究

钻孔抽采瓦斯是防治煤矿瓦斯事故的重要手段,钻孔间距的合理布置直接影响钻孔瓦斯的抽采效果。以山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿2106工作面为试验地点,采用压降法测定普通顺层钻孔及酸化压裂钻孔的有效抽采半径。现场试验表明:随着抽采时间的延长钻孔瓦斯压力持续减小,被测孔与测压孔的间距越大,钻孔达标所需要的抽采时间越长。顺层钻孔抽采时间90 d时其有效抽采半径为3 m,当酸化压裂钻孔抽采时间为90 d时其抽采钻孔有效抽采半径为6 m。

瓦斯抽采钻孔有效抽采半径的数值计算方法

以重庆天府三矿为例,结合现场实测、实验室参数测定和理论计算,研究了不同布孔方式(顺层抽采钻孔、穿层抽采钻孔)的有效抽采半径,并提出了利用变系数非线性瓦斯渗流方程来快速精确测定瓦斯抽采半径的数值计算方法。结果表明,此方法能够方便、快速确定钻孔间距和抽采时间,对节省抽采半径的测定时间和合理布置钻孔有一定的实际意义。

数值模拟法分析顺层抽采钻孔有效抽采半径影响因素

考虑孔隙裂隙及滑动效应的影响,建立符合成庄矿的顺层钻孔抽采气固耦合模型,利用Comsol软件模拟了钻孔周围的瓦斯流动规律,得出了有效抽采半径与时间的幂函数关系,并模拟了不同抽采负压、渗透率、钻孔孔径及地应力的变化对瓦斯抽采有效半径的影响,结果显示渗透率是影响抽采半径的关键因素。

瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法研究

针对现有瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法存在测定工艺复杂且准确性较低的问题,提出了以抽采钻孔瓦斯流量负指数衰减规律为基础、以工作面抽采达标指标为判据的有效抽采半径测定方法,推导出了以抽采率表示的钻孔有效抽采半径计算公式。通过测定煤层的抽采钻孔瓦斯流量衰减规律得到百米钻孔瓦斯初始抽采量和抽采钻孔瓦斯涌出衰减系数,结合工作面抽采达标判据,依据抽采率确定煤层在不同抽采时间所对应的钻孔有效抽采半径:当工作面瓦斯涌出量主要来自于邻近层及围岩时,以工作面的绝对瓦斯涌出量为判据确定工作面瓦斯抽采率,进而计算有效抽采半径;当工作面瓦斯涌出量主要来自于本煤层时,以设计抽采率和可解吸瓦斯量为指标进行有效抽采半径的计算;当开采突出煤层时,工作面原始瓦斯压力大于0.74 MPa或原始瓦斯含量大于8 m3/t时,以原始瓦斯压力或原始瓦斯含量计算工作面瓦斯抽采率,进而计算有效抽采半径。现场测试结果验证了该方法的正确性。

余吾矿瓦斯抽采钻孔有效抽采半径的测定

瓦斯抽采钻孔有效抽采半径是煤矿布置抽采钻孔合理间距的重要依据之一,对瓦斯抽采效果具有非常重要的意义。文章通过对比分析几种常用的有效抽采半径考察方法,结合煤矿现场煤层瓦斯赋存情况,采用相对瓦斯压力指标法对余吾矿瓦斯抽采钻孔进行有效抽采半径考察分析,最后得出在瓦斯抽采钻孔接抽90 d时钻孔孔径113 mm、有效抽采半径为1.4 m的结论,为余吾矿瓦斯抽采设计提供了依据。

群孔瓦斯抽采钻孔有效抽采半径的模拟与优化

为了更有效地指导矿井瓦斯抽采钻孔设计,以煤结构特征和瓦斯流动理论为基础,根据达西定律,建立了单孔及群孔瓦斯抽采模型,并使用COMSOL Multiphysics软件进行模拟计算。分析可知,相比于单孔条件下,群孔条件下的瓦斯抽采有效半径从3 m优化为4 m,且COMSOL Multiphysics软件数值模拟结果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。

王坡煤矿瓦斯抽采钻孔有效抽采半径研究

为了更好地治理矿井瓦斯,高效地进行瓦斯抽采,需要对矿井瓦斯抽采有效半径进行研究。基于王坡煤矿工作面的实际情况,对抽采钻孔有效半径进行井下实验分析研究,得出了钻孔不同间距条件下抽采纯量、抽采率与抽采时间的相关关系,为矿井的瓦斯治理工作提供有效依据。

基于钻孔周边瓦斯压力的有效抽采半径精细化数值解算方法

针对煤层钻孔有效抽采半径表征不明晰的问题,首先确定了有效抽采半径所对应的瓦斯压力临界值,之后采用钻孔径向流场瓦斯压力表达式计算了钻孔周围瓦斯压力变化规律,通过现场实测数据验证了计算结果的可靠性,分析了抽采负压、透气性系数、钻孔半径、吸附常数等对煤层瓦斯压力分布的敏感性,最后根据临界瓦斯压力指标确定出了有效抽采半径,通过现场瓦斯瓦斯含量检测数据进行了验证,并推导了不同预抽时间下钻孔有效抽采半径与不同原始瓦斯压力的函数关系。研究结果表明,理论解算的瓦斯压力以及有效抽采半径值均与现场实测数据保持基本一致,瓦斯压力与抽采时间呈反比,与至钻孔的距离呈正比;抽采负压、透气性系数、钻孔半径、吸附常数b均与瓦斯压力呈负相关,吸附常数a则与瓦斯压力呈正相关;有效抽采半径随着抽采时间增加而增加,二者符合对数函数类型。通过推导出的有效抽采半径、预抽时间以及原始瓦斯压力函数关系式,能够方便快速计算得到对应的有效抽采半径,并确定合理的钻孔间距,对井下煤层瓦斯抽采钻孔精细化设计工作具有一定的理论意义。

穿层钻孔水力冲孔增透与有效抽采半径综合测试方法研究

为确定长平煤业3#煤层穿层钻孔水力冲孔(以下简称“穿层冲孔”)有效抽采半径,采用压降法、示踪气体法及数值模拟法相结合的综合研究方法,基于相同的钻孔布置方式及测试环境,全面分析穿层钻孔有效抽采半径的科学性和合理性,并开展工程试验对不同间距穿层钻孔的抽采效果进行对比考察。结果表明:采用穿层冲孔措施,抽采时间180 d时其有效抽采半径达到3.5 m;钻孔间距7.0 m的抽采瓦斯总量分别是钻孔间距5.0、6.0、8.0 m的1.10、1.07、1.28倍,取得了较好的工程实践效果。该综合研究方法准确、可靠。

定向长钻孔孔内负压分布及其有效抽采半径研究

为了解决定向长钻孔孔内负压分布模型不准确,长钻孔瓦斯抽采参数理论依据不足等问题,通过分析抽采负压与煤层瓦斯流动的关系,构建了定向长钻孔孔内负压分布模型,利用COMSOL软件数值模拟了定向长钻孔孔内负压非定常分布的有效抽采半径,并提出了“压茬效应”这一概念。研究结果表明:孔口负压与定向长钻孔孔内负压大小呈正比。在不同孔口负压下,分支长钻孔孔内负压与钻孔长度均呈线性关系,负压损失量和百米负压损失均随钻孔长度的增大而增大。提出了“压茬效应”这一概念,将定向长钻孔末端100 m的钻孔作为压茬钻孔,在瓦斯抽采效果检验时不做检验。同时,将钻孔孔深700 m处的有效抽采半径作为定向长钻孔的最终有效抽采半径。最后,利用残余瓦斯含量法得出某矿定向长钻孔抽采180 d的有效抽采半径为5.0 m,与数值模拟结果保持一致。

抽采钻孔有效半径瓦斯储量综合法研究及应用

本文通过深入研究平岗煤矿瓦斯抽采钻孔的瓦斯运移规律,探讨了有效影响半径的关键因素。通过观测和分析钻孔抽采参数,得出了钻孔流量衰减系数,并进一步探讨了抽采时间与抽采率的关系。研究发现,有效影响半径在1.0~2.5 m时,抽采时间与抽采率呈正比;而当半径超过2.5 m时,抽采率随半径增大而降低。此外,还通过实验考察了不同钻孔间距下的抽采效果,并通过实测残余瓦斯含量验证了方法的可行性。研究结果为煤矿瓦斯灾害治理提供了重要参考,有助于优化瓦斯抽采方案和提高瓦斯灾害防治效果。建议进一步研究瓦斯运移机理、多因素影响以及引入先进技术与方法,以提高煤矿瓦斯灾害治理领域的研究水平和应用效果。

顺层钻孔有效抽采半径影响因素及布孔间距研究

为确定顺层钻孔瓦斯抽采半径影响因素及布孔间距,基于贵州土层矿M12煤层赋存条件,建立瓦斯运移的多物理耦合数值模型,通过改变单一因素数值分析其对抽采半径的影响效果,并对单一钻孔和多钻孔抽采半径进行模拟研究。结果发现,通过流量法确定,在抽采时间达150 d时,抽采半径计算为2.2 m;由模拟分析发现抽采半径随着时间的延长不断增大,随钻孔孔径的增大而增大,随煤层初始渗透率的增大而增大,且增大的幅度随着抽采时间的延长而增涨,而抽采负压对有效抽采半径几乎没有影响;数值模拟分析表明,在抽采时间达150 d时,抽采半径模拟结果为2.1 m,受相邻钻孔抽采叠加的影响,其多钻孔抽采半径相对单个钻孔有所增大,约为单钻孔抽采半径的1.76倍,研究结果为现场合理布置抽采钻孔提供一定的理论依据。

顺层钻孔瓦斯抽采有效半径数值试验研究

本煤层顺层钻孔瓦斯抽采是常用的瓦斯抽采方法之一,能够有效降低煤层瓦斯含量,保证工作面安全生产,减少碳排放。为优化抽采设计、提高瓦斯抽采效率,根据煤体孔隙-裂隙双重介质特性,分析了煤体内瓦斯的孔隙结构、瓦斯渗透特性以及运移形式,建立煤层瓦斯气固耦合模型,通过数值试验研究顺层钻孔抽采时,距孔中心不同区域瓦斯压力随抽采时间的变化规律,拟合有效抽采半径计算公式。模拟研究了多孔抽采条件,考虑孔间干扰影响时不同孔距抽采达标时间,孔距越小,抽采控制范围瓦斯压力值越低,压降速度越快,抽采达标用时越短。研究对于优化抽采钻孔布置,提高瓦斯抽采率有一定意义。

流量考察钻孔数量对有效抽采半径的影响

有效抽采半径是煤层预抽钻孔合理布孔间距的依据。目前煤层顺层瓦斯抽采钻孔有效抽采半径较多采用流量法测定,现有标准规定考察钻孔数量不少于4个,但未就考察钻孔数量对有效抽采半径测定结果的影响开展试验研究,笔者通过在云南省镇雄县大营煤矿5号煤层+1150 m标高1503轨道运输巷布置三组15个顺层试验钻孔采用流量法考察5号煤层有效抽采半径,其中第一组4个钻孔,钻孔间距4 m,考察半径2 m,第二组5个钻孔,钻孔间距3 m,考察半径1.5 m,第三组6个钻孔,钻孔间距2 m,考察半径1 m。结果发现:当钻孔直径为75 mm,抽采时间为30 d,抽采率为30%,抽采负压34~38 kPa左右时,考察钻孔数量分别为4、5、6个时,得到有效抽采半径分别为1.53 m,1.54 m,1.65 m(结果统一取两位小数),5号煤层有效抽采半径随着钻孔数量的增加而增大,所得有效抽采半径差异系数为3.50%。

穿层钻孔瓦斯抽采半径研究

煤层瓦斯压力大、渗透率低等因素增加了瓦斯抽采工作的难度。针对煤层群条件下的穿层钻孔布置问题,以山西某矿为例,通过数值模拟,现场测试方法对瓦斯抽采半径与抽采效果进行了研究。运用COMSOL模拟软件,分析了φ75、φ94、φ113 m直径抽采钻孔与30、60、90、120 d抽采时间条件下的瓦斯压力演化规律。结果表明:φ113 mm直径钻孔的抽采效果最好,但考虑成本因素,最终选取瓦斯抽采钻孔直径为φ94 mm,极限抽采时间为120 d。通过压降法现场测定了山西某矿5#、8#、12#煤层的有效抽采半径随时间的演化趋势。经瓦斯抽采效果评判,消除了矿井煤与瓦斯突出危险性。

结构异性煤层顺层钻孔方位对有效抽采半径的影响

为了提高煤层顺层钻孔瓦斯抽采效率,有效抽采半径的确定是关键。基于各向异性煤层瓦斯渗透率测试结果,建立了煤层瓦斯各向渗透异性的气-固耦合渗流模型,数值模拟了不同钻孔方位时瓦斯抽采有效半径的时变规律,分析了钻孔方位对抽采效果的影响。研究结果表明:煤层面割理和端割理方向渗透率均大于垂直层理方向渗透率;钻孔有效抽采半径随抽采时间增加呈幂指数增大;煤层有效抽采区域是以抽采钻孔为中心,最大抽采距离(平行层理方向)为长轴,最小抽采距离(垂直层理方向)为短轴的椭圆。平行层理沿端割理方向抽采孔的瓦斯抽采效果优于平行层理沿面割理方向的抽采孔。

多煤层穿层钻孔瓦斯抽采有效抽采半径测定

为了解决煤矿瓦斯抽采过程中,测定多煤层穿层钻孔瓦斯抽采在考察区域及整个煤层的有效抽采半径时遇到的问题,分别提出了相应的解决方法:确定多煤层穿层钻孔瓦斯抽采各煤层瓦斯比例时,提出将煤层厚度、原始瓦斯含量、透气性系数的乘积作为抽采相关量,将抽采相关量归一化处理来计算,考虑了影响穿层钻孔瓦斯抽采量的主要因素;由考察区域推算整个煤层的有效抽采半径时,煤层瓦斯参数发生变化,钻孔在各煤层的瓦斯抽采量也发生变化,依据钻孔瓦斯抽采量与对应的抽采相关量成正比,推算不同煤层瓦斯参数的钻孔瓦斯抽采量。结果表明:针对青龙煤矿的实际条件,得到了16号煤层穿层钻孔在考察区域及整个煤层的有效抽采半径,为合理布孔提供了依据。

顺层钻孔有效瓦斯抽采半径数值解算方法研究

为了寻求皖北某矿合理的顺层钻孔抽采参数,使用COMSOL Multiphysics软件分别建立单个钻孔和多个钻孔抽采瓦斯的径向流动模型,通过数值模拟计算出钻孔周围瓦斯流动规律。建立的流动模型将游离瓦斯及吸附瓦斯分开考虑,在煤层中,参与渗流的为游离瓦斯,吸附瓦斯对裂隙系统而言为正的质量源,对现有二维瓦斯渗流模型进行了一定程度的修正。根据钻孔周围瓦斯压力分布规律分析单个钻孔不同抽采时间时的有效抽采半径,并分析多钻孔条件下相邻钻孔的相互影响规律。

基于一维径向流动确定钻孔瓦斯抽采有效影响半径

为了快速准确地确定钻孔瓦斯抽采有效影响半径,在瓦斯一维径向流动数学模型的基础上,建立了钻孔抽采量与时间的指数函数关系。根据质量守恒定律和达西定律,推导出抽采半径的计算公式,建立了抽采半径与煤层参数和抽采时间的数学关系。采用该方法对新丰煤矿25021工作面抽采半径进行了计算,求得60 d内的抽采半径为2.70~3.72 m,与现场实测结果一致。同时,研究了抽采半径与抽采时间的关系。结果表明:随着抽采时间的增加,抽采半径逐渐增大,到第60天时,抽采半径达到极限值的96.46%~98.54%,在这之后抽采半径随时间延长增大的幅度十分缓慢。

基于灰关联分析的顺层钻孔瓦斯抽采有效半径主控因素研究

基于顺层抽采钻孔固气耦合模型,采用COMSOL对钻孔直径、煤层物性参数及抽采参数三类因素进行了模拟分析,并运用灰关联分析方法确定了顺层钻孔瓦斯抽采有效半径的主控因素。研究表明:煤层初始瓦斯压力与煤体初始渗透率为有效半径的主控因素,抽采时间次之,钻孔直径与有效抽采负压的变化对有效半径的影响甚微;提高瓦斯抽采有效半径的首要任务是通过技术手段卸压、增透,其次要把握合理的预抽时间。