基于COMSOL钻孔有效抽采半径测定的数值模拟研究

为了准确测定霍尔辛赫煤矿3308工作面煤层钻孔有效抽采半径,合理布置钻孔间距,结合现场实测的煤层瓦斯压力和渗透率等参数,运用COMSOL-Multiphysics仿真软件对3308工作面钻孔的瓦斯涌出规律和有效抽采半径进行了模拟分析,并进行了现场实测验证。结果表明:有效抽采半径随着抽采时间的推进不断增大并最终趋于恒定值,整体呈正指数函数关系;瓦斯预抽率随着与钻孔距离的增加而不断减小并最终趋于恒定值,整体呈负指数函数关系;数值模拟和现场实测结果较为一致,钻孔有效抽采半径略大于1.5 m,现场每间隔3.0 m布置1个钻孔可大大提高煤层瓦斯抽采效果。     

潘三矿11-2煤顺层钻孔瓦斯抽采半径设计研究

针对潘三矿11-2煤层现场实际情况,基于瓦斯含量法对该煤顺层钻孔的瓦斯抽采半径进行考察,得出抽采38 d后的瓦斯抽采有效半径约为4.5 m;此外通过COMSOL软件对11-2煤层钻孔瓦斯抽采进行数值模拟,得出模拟结果与现场实测分析结果基本一致。结果验证了研究的准确性和可靠性,为类似顺层钻孔的抽采半径的研究提供参考。     

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。     

瓦斯抽采半径确定的数值模拟研究

为了研究钻孔抽采过程中煤层瓦斯的运移规律以及确定合理的抽采半径,基于煤体孔隙-裂隙双重介质的结构模型,建立了考虑吸附解吸的受载含瓦斯煤体瓦斯流动耦合方程。并实测鹤壁三矿二1煤层数值计算所需相关参数,采用COMSOL-Multiphysics数值模拟软件对钻孔周围的煤层瓦斯流动进行数值计算模拟,得到不同抽采时间内的有效半径,并根据模拟结果探讨了抽采负压对抽采效果的影响。最后通过模拟流量数据与现场实测流量数据的比较,两者结果基本一致,从而验证了数值模拟结果的正确性。     

煤层瓦斯多机制流固耦合模型与瓦斯抽采数值模拟分析

为了更好地揭示瓦斯抽采过程中松软低透气性煤层瓦斯运移的本质和规律,基于孔隙-裂隙双重介质的假设,建立了全面考虑有效应力、煤层瓦斯多机制流动、真实气体效应和迂曲度影响的煤层瓦斯多机制流固耦合模型。基于所建理论模型,以郑煤集团(河南)白坪煤业有限公司13181工作面为工程背景,利用COMSOL软件开展煤层瓦斯抽采数值模拟,全面分析了瓦斯压力随抽采时间的动态分布规律,结合现场实测结果验证了数值模拟有效抽采半径的准确性。系统开展了不考虑Klinkenberg效应、不考虑基质瓦斯扩散和不考虑煤层瓦斯多机制流动影响的瓦斯抽采数值模拟,对比分析了不同控制因素对煤层瓦斯运移的影响。研究结果表明：抽采结束后,煤层瓦斯压力以抽采钻孔为中心呈椭圆分布;煤层瓦斯压力和有效抽采半径的变化幅度随抽采时间逐渐减小,并趋于稳定;煤层瓦斯有效抽采半径的数值模拟结果与现场实测结果之间的平均误差为3.65%,验证了所建煤层瓦斯多机制流固耦合模型的有效性与合理性;与考虑煤层瓦斯多机制流动影响的模拟结果相比,不考虑Klinkenberg效应的有效抽采半径和渗透率偏小,而不考虑基质瓦斯扩散和瓦斯多机制流动的有效抽采半径和渗透率则...     

不同数量钻孔瓦斯抽采有效区域数值模拟分析

为了研究钻孔数量对煤层瓦斯压力及有效抽采区域的影响,采用三维数值模拟方法,计算并分析了单排不同数量钻孔抽采条件下煤层瓦斯压力及有效抽采区域的空间分布特征。结果表明:煤层瓦斯压力变化具有显著的时空响应特征,抽采初期钻孔数量对抽采半径之外的煤层瓦斯压力影响较小,但随抽采时间的增加,钻孔数量对其影响逐渐显现,抽采影响半径增大,瓦斯压力下降趋势加大;钻孔有效抽采区域空间分布形态及其范围受到钻孔数量与抽采时间的影响;有效抽采区域体积与抽采时间基本呈y=ax~b函数关系,且钻孔有效抽采区域体积与钻孔数量并未呈线性关系;在瓦斯抽采过程中钻孔之间会产生叠加效应,随抽采时间的增加叠加效应更加明显。     

基于COMSOL的钻孔有效抽采半径变化规律研究与工程应用

为了有效防治瓦斯灾害的发生,采用COMSOL数值模拟软件对钻孔抽采过程中瓦斯运移规律以及抽采时间与煤层瓦斯有效抽采半径的关系进行了分析研究。研究得出:在不同抽采时间段下,随着抽采时间的增加,瓦斯压力降低的范围越来越广泛;随着抽采时间的增加,有效抽采半径也随之增加,但是有效抽采半径的增长幅度逐渐减小,再经过拟合分析得到抽采时间与有效抽采半径的关系近似于幂函数关系。通过在云盖山煤矿一矿现场施工验证,得到了所采二₁煤层顺层钻孔有效抽采半径,为矿井顺层钻孔预抽回采工作面瓦斯提供了设计依据。     

煤层预抽瓦斯钻孔有效抽采半径及合理抽采时间研究

对常村煤矿煤层预抽有效抽采半径进行了试验研究,应用压降法确定了有效抽采半径及抽采影响半径,为煤层预抽钻孔布置提供了依据。通过在常村煤矿2101工作面现场测试,对合理抽采时间进行了现场考察,分别计算了瓦斯抽采量、风排瓦斯量、瓦斯储量,得到不同钻孔间距下的合理抽采时间,并通过残存瓦斯含量测试验证了其正确性。     

煤层瓦斯抽采钻孔抽采半径考察技术研究

采用FLAC3D数值模拟软件研究了抽采钻孔周围应力、位移及瓦斯压力的分布特征,并在现场进行了抽采半径的实测,验证了数值模拟结果的正确性。研究表明:采用数值模拟和现场测试相结合的方法,能够方便、快速地确定抽采钻孔的合理布置间距,对节省抽采半径的考察时间和合理布置抽采钻孔有一定的指导意义。     

叠加效应影响下钻孔有效抽采半径的数值模拟及布孔间距优化

针对煤层瓦斯预抽钻孔布孔间距存在盲目性和不确定性等问题,以流固耦合原理为基础构建煤层瓦斯抽采流固耦合数学模型,借助FLUENT数值模拟软件对煤层瓦斯预抽钻孔有效抽采半径进行数值模拟研究,在多钻孔数值模拟的基础上对建新煤矿4207工作面煤层瓦斯预抽钻孔布孔参数进行了优化.结果表明:钻孔有效抽采半径随抽采时间的增加呈对数形...     

阳泉五矿15号煤层不同孔径的有效抽采半径对比研究

针对阳泉五矿15号煤层瓦斯含量赋存差异性大、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、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。     

采煤工作面瓦斯抽采有效半径现场测定方法

为解决潘西煤矿6199采煤工作面本煤层预抽瓦斯抽采浓度低、抽采流量低等问题,通过采取数值模拟与SF₆示踪气体现场实测相结合的方法进行了抽采有效半径的测定,得到了孔径94 mm的本煤层瓦斯抽采钻孔抽采有效半径是2.8 m。根据抽采有效半径进行科学布置钻孔间距,抽采浓度、抽采流量得到提高,获得了较好的抽放效果。     

潞安矿区地面井衰竭期井下接替钻孔布孔间距优化研究

为优化潞安矿区地面井衰竭期井下接替钻孔布置间距,探讨了衰竭期井下接替钻孔抽采半径评判指标临界值确定方法,提出了利用数值模拟和抽采流量法联合优化接替钻孔间距的方法,并进行了现场应用。研究结果表明:当抽采条件不变时,抽采半径应当随抽采时间延长而增大;通过数值模拟和抽采流量法联合测试,确定了示范矿井抽采211、291 d及389 d时,抽采半径分别为1.25、1.5 m及2 m,并通过实测抽采率的方法验证了抽采半径联合测试结果的准确性,该方法能够快速、准确、便捷地测出煤层瓦斯抽采半径。     

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。     

煤层钻孔瓦斯抽采效果影响因素分析

为研究瓦斯抽采效率的影响因素，考虑吸附瓦斯与游离瓦斯建立了煤层瓦斯流动的流固耦合模型，本文采用COMSOl数值模拟软件，分析了不同初始地应力、初始渗透率以及钻孔直径条件下的瓦斯抽采效果以及抽采有效半径变化情况。研究结果表明：初始地应力、初始渗透率和钻孔直径均会影响瓦斯抽采效果，但其对瓦斯抽采效果的影响程度不同；抽采有效半径对初始渗透率的变化最敏感，钻孔直径次之，对初始地应力的敏感程度最低；在某一钻孔直径范围内，瓦斯抽采效果随钻孔直径的增加变化不明显，而超出此范围后，抽采效果有明显提高，选择合适的钻孔直径对于提高瓦斯抽采效果具有重要作用。     

黄陵一号煤矿定向长钻孔瓦斯预抽数值模拟研究

为保证黄陵一号煤矿高瓦斯中厚煤层高效安全回采,采用定向长钻孔对煤层瓦斯进行预抽,通过Fluent数值模拟软件,对不同抽采时间、抽采半径、抽采负压、渗透率条件下预抽煤层瓦斯效果进行模拟,得到不同模拟方案下的瓦斯压力分布及抽采量的变化规律,为黄陵矿区高瓦斯中厚煤层瓦斯预抽参数确定提供了一定理论依据。309进风顺槽现场抽采效果表明定向长钻孔瓦斯预抽可有效降低煤层瓦斯含量,保证工作面安全回采。     

本煤层分段水力造穴钻孔抽采半径考察试验研究

针对本煤层分段水力造穴钻孔抽采半径定义不明确、难以确定的问题,以古城煤矿3号煤层为背景,开展本煤层分段水力造穴钻孔抽采半径考察现场试验研究,结合不同试验钻孔的瓦斯抽采流量现场监测,运用瓦斯储量法考察了本煤层分段水力造穴钻孔和普通钻孔的抽采半径,获得了不同类型试验钻孔的抽采半径时变规律以及本煤层分段水力造穴对瓦斯抽采半径的扩大作用。结果表明:①在相同抽采时间内,前进式本煤层分段水力造穴钻孔和后退式本煤层分段水力造穴钻孔的抽采瓦斯纯量平均值分别是普通钻孔的3.08倍和3.79倍,抽采半径分别是普通钻孔的2.14～5.62倍和2.58～5.88倍,本煤层分段水力造穴钻孔能够显著提高钻孔瓦斯抽采纯量,有效扩大钻孔瓦斯抽采半径,且后退式本煤层分段水力造穴钻孔的扩大作用更加显著;②普通本煤层抽采钻孔和本煤层分段水力造穴钻孔的瓦斯抽采半径均具有时变特性,即抽采半径随着抽采时间的延长而相应扩大,并逐渐趋于某一极限值;抽采240 d后,普通钻孔的抽采半径基本达到极限,60 d内仅增长了0.01 m左右,钻孔瓦斯流量逐渐衰竭,而本煤层分段水力造穴钻孔的抽采半径仍能随时间延长而有效增长,瓦斯流量仍保持稳定,说明本煤层分段水力造穴钻孔的有效抽采时间和钻孔抽采寿命比普通本煤层钻孔更长。     

车集煤矿底抽巷穿层钻孔有效抽采半径研究

钻孔抽采瓦斯是有效防治矿井瓦斯、消除突出危险的重要措施,钻孔有效抽采半径是抽采的重要参数.为了合理确定车集煤矿穿层预抽钻孔的布孔间距,通过现场实测,采用瓦斯流量法和瓦斯含量法对26采区的普通孔、水力冲孔的有效抽采半径进行考察,并根据车集煤矿二2煤层实际赋存情况,采用Comsol数值模拟软件对普通孔、水力冲孔的有效抽采半...     

基于钻孔瓦斯流量和煤层瓦斯含量测定抽采半径技术研究

瓦斯抽采半径直接影响着瓦斯抽采率的大小,是煤层瓦斯预抽钻孔布置的主要依据。分析现有测定方法,提出基于钻孔瓦斯流量和煤层瓦斯含量的测定方法,可准确测定瓦斯抽采有效半径,并应用回归分析方法推导了瓦斯抽采半径的测定依据。选取贺西矿4#煤层进行了现场试验,对现场抽采孔进行了连续60天的流量监测,并结合验证孔瓦斯残留量和预抽率进行对比验证,准确测定出瓦斯抽采时间达到180天时,钻孔瓦斯抽采半径为6.5m,钻孔间距可设置为13m。     

钻孔抽采有效半径数值模拟及现场考察研究

为了确定10410掘进工作面钻孔抽采有效半径,在煤层瓦斯流动理论和弹性力学的基础上,建立含瓦斯煤流固耦合模型。通过对COMSOL Multiphysics软件进行二次开发建立抽采钻孔模型。并利用钻屑解吸指标法进行现场实测考察,两者结果基本一致,验证了数值模拟的可靠性。