钻孔变形失稳瓦斯抽采负压及流量变化规律研究

为研究瓦斯抽采过程中钻孔变形失稳对抽采效果的影响,在分析钻孔的变形规律和钻孔中瓦斯流动规律的基础上,设计并搭建了钻孔变形失稳瓦斯抽采相似模拟试验系统,同时建立了瓦斯抽采流固耦合数学模型,最后以陕西蒋家河煤矿为例,采用COMSOL软件对不同变形失稳程度下的钻孔抽采负压分布规律进行了数值模拟研究。结果表明:在钻孔完整的条件下,沿钻孔长度的抽采负压分布近似为线性。孔口的抽采负压增大,钻孔的抽采流量也增大,钻孔内的负压损失同时增大,但与孔口相比仍然很小,仅占3.38%~4.11%。当钻孔的孔底发生一定程度的塌孔时,由于阻力系数的增大,在塌孔段的沿程损失要大于完整孔,由于在塌孔段内的流量相对于完整孔较小,其负压损失比完整孔有所增加,占孔口负压的8.9%~17.5%。当钻孔的中部发生塌孔时,负压损失比完整孔大,但比底部塌孔时有所降低,占孔口负压的7.6%~16.9%。研究结果为确定钻孔坍塌位置和钻孔的日常维护提供理论依据。

深部软岩层钻孔变形失稳数值模拟及成孔方法研究

选用大变形FLAC3D软件对丁集矿-910 m水平1412(1)工作面B11(C13)巷帮钻孔岩石力学行为进行数值模拟,初步掌握了复杂条件下深部煤岩弱结构钻孔失稳的力学特性,建立了相关的理论计算数值模型。分别模拟了在弹塑性状态下,钻孔二次应力分布特征、塑性区的演化规律以及钻孔径向位移的变化情况;分析了影响钻孔稳定性的因素,并有针对性地提出科学合理的稳孔方法。在试验区,对丁集矿1412(1)工作面钻孔围岩弱结构破坏失稳进行了有效控制,提高了钻孔的成孔率。

钻孔不同变形失稳时抽采负压分布规律研究

针对钻孔内瓦斯流动变质量流的特点及钻孔变形情况,建立了综合考虑钻孔负压动态变化的瓦斯抽采固-流耦合模型,并以新安煤矿为例,采用多物理场耦合软件Comsol Multiphysics对钻孔不同变形失稳时抽采负压分布进行了数值模拟研究。结果表明:①完整孔孔口、孔底附近煤层瓦斯分布基本相同,抽采负压损失较小。②钻孔塌孔时,仅塌孔段附近煤层瓦斯分布与完整孔稍有不同,总负压损失比完整孔大,但与孔口负压相比仍较小。③钻孔堵孔时,孔口、孔底周围煤层瓦斯分布差异巨大,钻孔有效抽采长度缩短,堵孔段附近煤层出现抽采空白带;完整段抽采压力变化相对较小且仍为负压,堵孔段抽采压力变成正值,且越靠近钻孔底部越接近附近煤层瓦斯压力。现场测试结果表明完整孔抽采负压损失较小,且随抽采时间的延长而变小,与数值模拟结果一致。

深部弱化围岩大直径钻孔失稳数值分析

针对深部底板巷顶钻孔岩石力学参数,采用FLAC3 D软件进行数值模拟,得出复杂条件下深部煤岩弱结构钻孔失稳力学特性,并建立了相关的理论计算数值模型,分别模拟了在弹塑性状态下钻孔二次应力分布特征、塑性区的变化规律以及钻孔径向位移的变化趋势,分析了影响钻孔稳定性的关键因素,有针对性地提出科学合理的成孔方法。