基于静态压裂的瓦斯排放钻孔间距的数值模拟
基于水力压裂增进煤层瓦斯抽采效率
基于水力压裂增进煤层瓦斯抽采效率摘要：文章以某矿井作为研究对象，对水力压裂技术工艺的改进过程进行分析。
结果表明，经过改进之后，水力压裂技术的效果更好，使矿井煤层瓦斯的抽采效率获得大幅度提升。
关键词：煤层；瓦斯抽采；水力压裂水力压裂是一项较为成熟的煤矿井下瓦斯治理技术，通过该技术的应用，除了能够增加瓦斯排放量之外，还能使煤体的透气性进一步增大，这样不但可以缩短井下作业面瓦斯的抽采时间，而且瓦斯的抽采效率也会大幅度提升，有利于煤矿瓦斯治理成本的降低。
正因如此，使得该技术在煤矿中得到广泛应用。
为了增进水力压裂的抽采效率，可对该技术进行优化改进。
借此下面就基于水力压裂增进煤层瓦斯抽采效率展开分析探讨。
1煤矿井下基本情况某矿井的设计生产能力为120万吨，该矿井所在矿区的地质构造相对比较复杂，两个主采煤层K1和K4均为瓦斯突出煤层，平均厚度分别为2.2m和0.8m，倾角为18-35°。
该矿井的煤层归属于自然发火的范畴，由此使得煤尘具有了爆炸性的特点，每年的4-6月，为自然发火期，井下作业面最大瓦斯含量为23.89m³/min，瓦斯压力为 3.8MPa。
其中K1和K4煤层的透气性系数分别为1.01×10-4～4.96×10-3㎡/MPa2.d和3.05×10-4～1.48×10-2㎡/MPa2.d。
该矿井在煤层瓦斯抽采中采用的是水力压裂技术，成功钻孔的数量为21个，瓦斯抽采浓度得到小幅度提升，达标时间随之缩短。
然而，由于受到封孔经验不足影响，使得压裂判定标准未能形成统一的依据，加之受到其它因素的影响，导致压裂区域未能达到预期中的抽采效果。
因此，为在现有的基础上，增进井下瓦斯的抽采效率，决定对水力压裂进行工艺优化。
2基于水力压裂增进煤层瓦斯抽采效率2.1水力压裂工艺改进通过对现有水力压裂技术存在的问题进行分析总结之后，明确了该技术工艺的改进方向，具体如下：对封孔工艺进行优化改进，将水泥与水的比例改为1.5:1（原工艺为2:1）；对压裂方式进行改进，将常规改为间断性压裂；采用压抽一体式钻孔，借此来增进井下瓦斯的抽采效果。
基于水力压裂技术的地面钻井排放瓦斯效果分析
基于水力压裂与瓦斯抽采结合瓦斯综合防治技术论文
基于水力压裂与瓦斯抽采结合的瓦斯综合防治技术研究【摘要】本文在分析目前煤矿瓦斯治理存在问题的基础上，提出了利用井下水力压裂技术和地面采动井抽采与常规的井下瓦斯抽采技术相结合的综合瓦斯治理措施，分别阐述了煤矿井下水力压裂和地面采动井的原理和应用情况，实践表明：煤矿井下定向压裂增透消突成套技术可有效提高瓦斯抽采率，降低煤与瓦斯突出危险性，改善井下作业环境；地面采动井可“一井三用”，对抽放采动区域瓦斯效果较好。
【关键词】煤矿；瓦斯；水力压裂；采动井引言我国是世界第一大产煤国，煤炭在我国一次能源消费中约占70%左右，因而煤炭行业是关系我国国家经济命脉的重要基础产业。
然而，煤炭行业又是我国安全生产形势最为严峻的行业之一，预防和控制煤矿重特大事故的发生，促进煤矿安全生产形势的根本好转已成为国家和政府层面上急需解决的重大问题，也是我国安全生产工作的核心任务。
在所有煤矿灾害事故中，尤以瓦斯事故为重，其中主要以煤与瓦斯突出以及由瓦斯超限而造成的瓦斯爆炸为最主要的表现形式。
1、瓦斯灾害防治技术评析1．1瓦斯治理存在的问题及解决思路我国煤储层构造复杂，且煤层多强烈变形[2]，多数煤田煤体构造破碎严重，ⅲ、ⅳ类煤所占比例较重，煤质松软、坚固性系数偏小，煤层透气性低，渗透率一般在（0．001～0．1）×10－3μm范围内，瓦斯抽采效果不佳，造成瓦斯治理困难。
而且随着采掘活动向纵深延伸，煤层瓦斯赋存以“三高一低”（高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性）为主要特征，常规的瓦斯抽采技术难以发挥作用，抽采率低下，抽采效果不明显，瓦斯事故仍时有发生，因此，采用强制增透的瓦斯治理和井上下联合抽采的综合治理措施势在必行。
1．2井下水力压裂技术煤矿水力压裂技术分地面和井下2种，因地面水力压裂因不够灵活方便、成本高、压裂效果不明显而没有推广开来。
目前井下水力压裂应用效果较好，主要以河南省煤层气开发利用有限公司自主研发的“煤矿井下定向压裂增透消突成套技术”为主流，该技术可在井下充分利用现有的开拓工程，针对不同煤层瓦斯地质条件编制不同的压裂方案，实施不同的压裂工艺，真正做到“一面一策”、“一孔一策”。
平行钻孔有效抽采半径及合理钻孔间距研究
平行钻孔有效抽采半径及合理钻孔间距研究桑乃文;杨胜强;宋亚伟【摘要】为确定平行钻孔瓦斯抽采合理钻孔间距,通过推导煤层瓦斯运移方程、煤岩体变形方程及渗流场与应力场耦合方程,建立了瓦斯抽采流固耦合模型;根据某矿21219工作面实际地质条件,利用COMSOLMultiphysics软件对平行钻孔间抽采叠加效应影响下瓦斯压力、有效抽采半径的变化规律进行了数值模拟研究,并结合钻孔有效抽采半径,得出了合理的钻孔间距.数值模拟结果表明,随着钻孔间距的增大,抽采后煤体瓦斯压力增大;随着煤体距钻孔距离减小,煤体瓦斯压力呈先缓慢减小、后快速下降的趋势;随着抽采时间的增加,瓦斯压力不断降低,钻孔有效抽采半径变大.现场应用结果验证了钻孔间距布置的合理性.【期刊名称】《工矿自动化》【年(卷),期】2019(045)006【总页数】5页(P58-62)【关键词】煤炭开采;瓦斯抽采;平行钻孔抽采;有效抽采半径;抽采叠加效应;钻孔间距【作者】桑乃文;杨胜强;宋亚伟【作者单位】中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221116【正文语种】中文【中图分类】TD712.60 引言平行钻孔抽采是针对无保护层开采突出矿井的一种基本防突措施。
在钻孔抽采设计中，钻孔间距是重要参数。
当钻孔间距过大，在抽采范围内容易导致瓦斯抽采不彻底、回采过程中瓦斯涌出量较大甚至瓦斯超限等问题；当钻孔间距过小，在工程上造成浪费，还可能出现“串孔”等问题。
数值模拟法分析压裂生产井的裂缝开度
２ ０ １ ７年 ３月 出版
Ｓ ｉ ｎ ｏ ・ Ｇｌ ｏ ｂ ａ ｌ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ， ２ ０ １ ２ ， １ ７ （ ４ ） ： ４ ３ — ４ ７ ．
ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｔ ｈ ｏ ｍｅ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｒ ｏ ａ ｄ ［ Ｊ ］ ． Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｔ ｉ ｍｅ ｓ ， ２ ０ １ ４ ， ２ ８ （ １ Ｏ ） ： ４ ０ — ４ ６ ．
［ １ ６ 】 闰丽丽 ， 李丛俊 ， 张志 磊 ， 孙 金声 ， 徐 显广 ， 苏义脑 ． 基于 页
Ｒｅ ｎ ｗｅ ｎ．Ｈｉ ｇ ｈ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎｇ ｌｕ ｆ ｉ ｄ ｏｒ ｆ ｓ ｈａ ｌ ｅ
岩气 “ 水 替 油 ” 的高 性 能水 基 钻 井 液 技术 ［ Ｊ ］ ． 钻 井 液 与 完
井液 ， ２ ０ １ ５ ， ３ ２ （ ５ ） ： ｌ － ６ ．
ｇ ａ ｓ ｒｉ ｄ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ｊ ］ ． Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ＆ Ｃｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ， ２ ０ １ ６ ， ３ ３ （ １ ） ：
［ １ ５ 】邸伟 娜 ， 闰娜 ， 叶海 超 ． 国外 页岩 气 钻井 液 技 术 新进 展 ［ Ｊ 】 ＿ 钻 井 液与 完井 液 ， ２ ０ １ ４ ， ３ １ （ ６ ） ： ７ ６ — ８ １ ．
Ｄｉ Ｗｅ ｉ ｎａ ．Ｙａ ｎ Ｎａ ＆ Ｙｅ Ｈａ ｉ ｃ ｈａ ｏ ．Ｏｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ａ ｓ ｎ ｅ ｗ ｐ ｒ ｏｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｉ ｎ
瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法
瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法瓦斯抽放是矿井安全生产中的重要环节，它主要是通过钻孔排泄矿井中产生的可燃有害气体，以确保矿井内部空气质量符合国家标准。
而钻孔的布置间距，直接影响瓦斯抽放效果。
本文针对瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法进行研究。
首先，为了确定一定距离内透气性能的指导原则，研究了瓦斯在煤层孔隙中的运移规律，得出了单个钻孔的透气半径计算公式，即：R=4.4√λD，其中R为半径，λ为煤层厚度与孔隙率的比值，D为煤层与围岩的渗透系数，该公式计算结果均在10m以内。
此外还需考虑瓦斯在煤与围岩间的迁移情况，通常在围岩裂隙较密实下，煤层中的瓦斯向围岩倾斜运移，易导致瓦斯堆积，因此钻孔布置在煤层中心线处通常是不明智的。
其次，基于经典的点间值空间插值法，结合瓦斯抽放的实际需要，建立了基于克里金插值法的瓦斯抽放钻孔布置间距优化模型，将关键参数包括成本和抽排效率纳入，定义成本折算系数，从而更好地评估方案。
具体实现过程如下：（1）建立克里金插值函数，根据行业常规测量分析数据得到抽放效率变化范围的克里金插值函数，将其应用到单位区域内的六个点上进行优化决策。
（2）构建因果网络，以空气轨迹为中心进行专家采访，同时讨论成本、安全、工作效率等因素的影响，构建因果网络。
（3）制定方案，依据因果网络的结果，制定方案。
可采用多种方法，比如按成本优先，按效率优先，等等。
（4）评估优化效果，基于实测数据对比预测结果和实际效果，确定方案优化效果，针对一些局限和难以预测的因素，保持向更为稳定方向的调节。
最后，本文选取了某矿井为案例进行验证，实验结果表明，使用克里金插值法优化布置方案，可有效提高瓦斯抽放效率，使抽排范围内瓦斯浓度达到瓦斯安全标准，同时较大范围内瓦斯动态监测数据与抽排范围内数据具有一致性。
综上所述，本文通过分析瓦斯在煤层孔隙中的运移规律、建立基于克里金插值法的优化模型，验证了瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法，有助于提高煤矿中的瓦斯抽放效率，确保矿工的生命安全。
基于LBM方法的裂隙煤体内瓦斯抽放的模拟分析
第33卷第8期煤 炭 学 报Vol.33 No.8 2008年8月JOURNAL OF CH I N A COAL S OC I ETY Aug. 2008 文章编号:0253-9993(2008)08-0914-06基于LB M方法的裂隙煤体内瓦斯抽放的模拟分析滕桂荣,谭云亮,高 明,赵志刚(山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建教育部重点实验室,山东青岛 266510)摘 要:基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltz mann Method,LBM)建立了可模拟裂隙煤体内瓦斯抽放的二维动力学模型,对流场压力和流动速度的分布规律进行了模拟.模拟结果表明:抽放压力、钻孔位置对抽放效果有很大影响,抽放压力增大,瓦斯流动速度加快,瓦斯抽放率提高;但是当抽放压力达到某一值时,抽放率反而下降,这说明抽放压力存在一最佳值;改变钻孔的位置,在流场上、下侧偏心开孔时,抽放率低于在流场中心开孔,且流场中出现了涡流,流体在涡流处有较大的压力梯度.关键词:格子玻尔兹曼方法;瓦斯抽放;数值模拟;瓦斯渗流中图分类号:T D71216 文献标识码:AS im ul a ti on of ga s dra i n age i n f issured coa l ba sed onLa tti ce Boltzmann M ethodTENG Gui2r ong,T AN Yun2liang,G AO M ing,ZHAO Z H i2gang(Key Laboratory of M ine D isaster P revention and Control,Shandong U niversity of Science and Technology,Q ingdao 266510,China)Abstract:A dyna m ic model f or si m ulati on of t w o2di m ensi onal gas drainage in fissured coal was constructed based on Lattice Boltz mann Method(LBM),a numerical p r ogra m t o si m ulate the distributi on rule of gas p ressure and ve2 l ocity was devel oped,and the gas drainage rati o was calculated by statistical method.The si m ulati on results de mon2 strate that the drainage p ressure and the positi on of drainage pore have great i m pacts on the gas drainage:with the incre ment of drainage p ressure,the p ressure gradient of gas r ound drainage pore turns bigger,and the vel ocity of gas fl ow turns faster,the gas drainage rati o becomes higher.But,as the drainage p ressure reaches a certain value, the drainage rati o beco mes l ower.It is sho wn that the drainage p ressure exists a critical value.A s the drainage pore is in flank positi on,the turbulence occurs,and the gas drainage rati o is l ower than that in core positi on.W ith offset relative t o core positi on incre ments,the effects become more obvi ous.It is shown that the drainage effect in core positi on is better than that in flank positi on.The si m ulati on results based on LBM coincide well with the related conclusi ons of gas fl ow by other methods,but the si m ulati on p r ogra m is concise and the gas p ressure can be calcu2 lated directly.Key words:Lattice Boltz mann Method(LBM);gas drainage;numerical si m ulati on;gas seepage 煤层中赋存的瓦斯气体,既是一种灾变因素,又是一种洁净、高效的能源.如果在采煤之前和采煤期间,采用技术可行、经济合理的方法,将瓦斯从煤层中抽出并加以利用,既可从根本上消除矿井瓦斯突出灾害,又可获得廉价洁净的能源供应[1].收稿日期:2007-09-01 责任编辑:毕永华 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50534080,50674063);山东省自然科学基金资助项目(Y2004F11);山东省教育厅资助项目(J06N04);教育部矿山灾害预防与控制重点实验室开放基金资助项目;山东省泰山学者工程建设专项基金资助项目 作者简介:滕桂荣(1971—),女,山东青岛人,讲师,博士研究生.E-mail:tgrzxl@第8期滕桂荣等:基于LBM 方法的裂隙煤体内瓦斯抽放的模拟分析目前瓦斯抽放系统的设计主要依据经验进行,对不同含气量和构造地质条件的预测和考虑处于定性阶段,对抽放后瓦斯浓度和压力分布没有清楚的认识.这样就存在瓦斯抽放孔布置不合理、瓦斯抽放时间不确定、抽放后瓦斯压力分布难以预测等问题,而数值模拟方法可有效地解决这一问题.20世纪80年代基于分子运动论发展起来的格子波尔兹曼方法(Lattice Boltz mann Method,简称LBM ),在对物理系统细观运动描述的基础上,建立模拟物理系统演化的格子气模型.流体的宏观特性直接由演化方程来计算,从而建立了宏观物理量与细观结构运动演化的相互联系.与采用传统的数值方法[2-5]相比,LBM 方法具有如下优点:采用显式时间推进格式,算法简单,基本上不存在截断误差和计算不稳定性问题;并行性高;压力可直接计算;边界处理方便等.其中压力可直接计算是其最具吸引力的地方.目前LBM 在多相流、化学反应扩散流、渗流、粒子悬浮流等多个领域得到成功的应用[6-9].本文应用LBM 对抽放压力和钻孔位置对瓦斯抽放效果的影响进行了模拟分析.1 瓦斯抽放率在煤层内钻孔,并在钻孔处施加较大的抽放压力,根据孔口处的瓦斯涌出量和从整个煤壁流出的瓦斯量,计算瓦斯抽放率.瓦斯抽放率η定义η=V pore V total ×100%,(1)式中,V pore 为抽放孔的瓦斯涌出量,V pore =∫d t κ∑1v 1d s,m 3;V total 为巷道煤壁及抽放孔的瓦斯涌出总量,V t otal =∫d t κ∑1v d s +∫d t κ∑2v 1d s,m 3;v 1为抽放孔处瓦斯的流动速度;v 为自由渗出边界瓦斯的流动速度.瓦斯抽放效果以抽放率为指标,抽放率越高,瓦斯抽放效果越好.2 瓦斯抽放模型的建立211 基于LBM 的抽放瓦斯的基本原理LBM 方程[10]的标准形式为f i (x +e iΔt,t +Δt )-f i (x,t )=-1τ[f i (x,t )-f eq i (x,t )],(2)式中,τ=τ0/Δt 为无量纲松弛时间;f i (x,t ),f eq i (x,t )表示在t 时刻x 处的局部分布函数和局部平衡态分布函数.图1 D2Q9模型粒子速度矢量Fig 11 Particle vel ocity vect or of D2Q9mode 对于渗流问题,考虑孔隙度<的影响,平衡态分布函数可修正[11]为f (eq )i =ωi ρ1+eu c 2s +uu:(e i e i -c 2s I )2<c 4s ,(3)式中,ωi 为权系数;ρ为流体宏观密度;e 为瓦斯分子的流动速度;u 为瓦斯流体的宏观速度;c s 为声速,取值取决于选用的LBM 模型;uu :为瓦斯流动宏观速度的三阶张量的双点积运算;e i 为沿i 方向粒子的流动速度;I 为单位矩阵.对目前广泛选用的D2Q9模型,离散速度方向如图1所示.e 0=0 (i =0),e i =(co s θi ,sin θi )c θi =(i -1)π2,i =1～4,519煤 炭 学 报2008年第33卷e i =2(co s θi ,sin θi )c θi =(i -5)π2+π4,i =5～8,(4)式中,c =d x /d t 为粒子迁移速度.对式(2)等号左边在(x,t )作Tayl or 展开,得f i (x +εe i ,t +ε)-f i (x,t )=∑∞n =1εn n!99t +e i 99x n f i (x,t ).(5) 假定系统在平衡态附近,利用Chapman -Enskog 多尺度技术对方程(5)进行分析:引入渗流时间尺度t 1和扩散时间尺度t 2及空间尺度x 1,并将其导数展开为9t =ε9t 1+ε29t 2,9x =ε9x 1.(6) 同时,将f i 在f (eq )i 附近展开成ε幂级数形式,即f i =∑∞n =0εn f (n )i =f (eq )i +εf (1)i +ε2f (2)i +ε3f (3)i + (7) 忽略式(5),(7)中三阶以上无穷小量,由ε,ε2的系数分别相等得到ε0: f (0)i =f (eq )i ;(8)ε1: 9f (eq )i 9t +e i α9f (eq )i 9x =-1τf (1)i ;(9)ε2: 9f (1)i 9t +e i 9f (eq )i 9t 1+e i 9f (1)i 9x +1299t +e i 99x2f (eq )i =-1τf (2)i .(10) 对式(9)求零阶矩和一阶速度矩,得到t 1时间尺度上的宏观方程;对式(10)求零阶矩和一阶速度矩,得到t 2时间尺度上的宏观方程.通过对t 1和t 2尺度上的宏观方程进行多尺度黏合,得到宏观的流体动力学方程为・u =0,9u 9t +(u ・ )u <=-1ρ (<p )+v 2u,(11)式中,p 为流体压力,p =c 2s ρ/<;ν为瓦斯黏性系数,ν=c 2s (τ-015)Δt .对于方程(11),若选取孔隙度<=1,则方程退化为一般流体动力学方程,说明模型符合物理背景.至此,完成了从LBM 方程到宏观渗流方程的还原过程.根据质量守恒定律和动量守恒定律,可计算流场节点的宏观密度和宏观速度分别为∑i f (eq )i =ρ,∑i c i f (eq )i =ρu .(12)图2 LB M 瓦斯抽放模型Fig 12 LB M model of gas drainage212 建模条件为了计算简便,对裂隙煤体中瓦斯流动模型作如下假设:(1)裂隙煤体均质各向同性;(2)上下顶、底板为不透气层,且不含有瓦斯;(3)流场的温度变化不大,瓦斯在裂隙煤层中的流动按等温过程处理;(4)忽略瓦斯体积力的影响.根据上述建模条件,瓦斯在煤层中的流动可简化为在一维无限域平行流场中的流动,压力边界下的瓦斯抽放模型如图2所示.图中p in 为煤层原始瓦斯压力;p out 为煤壁处的大气压力;p pore 为抽放孔的抽放压力.本模型适用于单一煤层未卸压顺层钻孔抽放的情况.619第8期滕桂荣等:基于LBM 方法的裂隙煤体内瓦斯抽放的模拟分析3 煤层瓦斯抽放的LBM 模拟分析依据212建立的抽放模型,根据LBM 计算原理编制数值计算程序,模拟流场尺寸为煤层厚度y =5m ,顺层钻孔方向x =5m ,将整个瓦斯流场划分为80×80个正方形网格.程序设计中对流场尺寸、压力、速度均采用无量纲化处理.抽放压力、钻孔位置对煤层瓦斯抽放效果有很大的影响,研究这些参数的变化对瓦斯抽放效果的影响具有工程意义.311 抽放压力的影响与图2所示的抽放模型相对应,在右边界的中心30～50格点处开孔,孔的直径为20个网格,左边界输入压力p in =1101,右边界自由渗流输出压力p out =1,抽放孔压力p pore 分别设定为019,018,017,016.图3,4分别为抽放压力变化时的流场压力和速度矢量. 与4种抽放压力相对应的瓦斯抽放率分别为(1)p pore =019,η1=01691808;(2)p pore =018,η2=01730188;(3)p pore =017,η3=01764660;(4)p pore =016,η4=01630484.对图3,4进行分析,得到如下结论:(1)钻孔抽放瓦斯,钻孔附近区域瓦斯为径向流动,远离孔口的区域为层流,与文献[12]的结论相吻合;(2)随着抽放压力的增大,抽放率先是增大;当抽放压力超过某一值时,抽放率反而下降,这是由于抽放压力过大,裂隙煤体骨架被压实,孔隙度减小;(3)钻孔附近煤壁的压力梯度随着抽放压力的增大而增大.根据氏平增之的研究结果[13],煤层内瓦斯压力梯度过大,容易造成瓦斯突出,所以在确定抽放压力时要综合考虑抽放效果和对煤与瓦斯突出的诱发作用.312 开孔位置的影响图5,6为抽放压力不变,钻孔位置变化时的压力分布、瓦斯流动速度矢量. 抽放压力不变而钻孔位置变化时,抽放率分别为(1)30～50格点处开孔,η=01691808;(2)20～40格点处开孔,η=01668631;(3)50～70格点处开孔,η=01632917;(4)10～30格点处开孔,η=01632917.719煤 炭 学 报2008年第33卷(3),(4)两种情况孔口位置对称,抽放效果相同.抽放压力相同时,偏心开孔的抽放率低于中心开孔的情况,抽放孔偏离流场中心距离越远,抽放率越低.4 结 论(1)基于LBM 建立了可模拟裂隙煤体内瓦斯抽放的二维动力学模型,根据LBM 计算原理开发了数值计算程序,对瓦斯的压力分布规律和流动速度进行了模拟,通过统计得到瓦斯抽放率.模拟结果表明,抽放压力对瓦斯的抽放效果有显著影响:抽放压力越大,抽放率越高,瓦斯抽放效果越好;但当抽放压力超过某一特定值时,抽放率反而下降,这说明抽放压力存在一最佳值.(2)在煤层厚度中心开孔的抽放率高于在偏心开孔的抽放率;开孔位置离中心越远,抽放率越低,抽放效果越差.(3)LBM 能有效地模拟瓦斯在裂隙煤体中的运移规律,这为进一步探讨瓦斯抽放机理提供了新的技术手段.参考文献:[1] 俞启香.矿井瓦斯防治[M ].徐州:中国矿业大学出版社,1993.Yu Q ixiang .Gas p reventi on and cure on coal m ine [M ].Xuzhou:China University of M ining and Technol ogy Press,1993.[2] 赵阳升.煤体-瓦斯耦合数学模型与数值解法[J ].岩石力学与工程学报,1994,13(3):229-239.Zhao Yangsheng .Coup led mathe matical model on coal mass 2gas and its nu merical method [J ].Chinese Journal of Rock Me 2chanics and Engineering,1994,13(3):229-239.[3] Ren T X,Ed wards J S,David J.Si m ulati on of methane drainage boreholes using co mputati onal fluid dyna m ics [J ].AmericanSociety of Mechanical Engineers Pressure Vessels and Pi p ing D ivisi on,1999,397:319-326.[4] 朱诗山,刘向阳.低透气性薄煤层瓦斯抽放方法[J 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CD2ROM、中国科学引文数据库、科学技术文摘速报(日本)、Coal H ighlights、中国学术期刊文摘等国内外20多种重要文摘检索系统所收录.1992年荣获首届全国优秀科技期刊评比二等奖,获中国科学技术协会优秀学术期刊二等奖,获北京市新闻出版局、北京市科学技术期刊编辑学会全优期刊奖.1996年荣获第二届全国优秀科技期刊评比一等奖,获中国科学技术协会优秀科技期刊一等奖.1999年荣获首届国家期刊奖. 2004,2007年分别入选第三、第六届百种中国杰出学术期刊.《煤炭学报》深受广大作者、读者的爱护和支持,也受到各级部门的重视,在学术水平上具有较高的地位,很多单位都将在《煤炭学报》发表的论文作为作者学术水平考核指标之一.《煤炭学报》为月刊,每期144页,每册订价31元,全年共收费372元.欲订阅者可直接与本编辑部联系,编辑部随时办理订阅手续.本刊地址:北京市和平里煤炭科学研究总院内《煤炭学报》编辑部 邮政编码:100013联系电话:(010)84262930,E-mail:m txbbyh@1261com,m txb@vi p11631com。
瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法
瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法概述钻孔布置的间距是瓦斯抽放系统设计中重要的参数之一，它直接影响到瓦斯抽放效果的好坏。
为了优化瓦斯抽放钻孔布置间距，提高瓦斯抽放效率和安全性，需要进行合理的优化方法研究。
现状分析当前瓦斯抽放工程中，钻孔布置间距的确定主要依靠经验和实践，缺乏科学的理论依据。
在实际工程中存在布置间距过大导致效果不好、布置间距过小导致存在安全隐患等问题。
优化方法1. 基于流体力学模拟的优化方法使用流体力学模拟软件对瓦斯抽放系统进行模拟，根据气体流动状态和瓦斯抽放的需求，通过优化算法自动确定最佳的钻孔布置间距。
这种方法可以较好地考虑到瓦斯抽放系统的具体参数和条件，能够得到较为准确的布置间距。
2. 基于统计学模型的优化方法根据已有的瓦斯抽放工程数据，在统计学模型的基础上建立预测模型，利用该模型对瓦斯抽放效果进行预测。
然后，根据预测结果进行优化，找到使得瓦斯抽放效果达到最佳的钻孔布置间距。
这种方法可以参考先前的工程经验，结合统计学方法进行布置间距的优化。
3. 基于数值模拟的优化方法利用计算机进行数值模拟，模拟瓦斯在不同布置间距下的流动情况，通过参数优化算法找出使得瓦斯抽放效果最佳的钻孔布置间距。
这种方法可以较为直观地观察瓦斯在不同布置间距下的扩散情况，直接找到最佳布置间距。
4. 基于试验方法的优化方法设计并进行一系列实验，改变钻孔布置间距，观察瓦斯抽放效果，根据实验结果确定最佳的钻孔布置间距。
这种方法比较直接，但需要较多的试验和时间成本。
总结瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法有基于流体力学模拟、基于统计学模型、基于数值模拟和基于试验方法等。
不同的方法适用于不同的情况，可以综合利用各种方法来确定最佳的钻孔布置间距。
通过优化瓦斯抽放钻孔布置间距，可以提高瓦斯抽放效率和安全性，降低瓦斯事故的发生率。
瓦斯抽采钻孔间距优化三维数值模拟量化研究
在煤炭资源开采过程中，瓦斯灾害依然是我国 煤矿安全生产面临的主要问题之一[1]。通过对煤层 实施瓦斯抽采，不仅可以降低瓦斯压力、瓦斯含量 及涌出量，进而防止煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸的发 生，而且抽采的瓦斯可作为能源加以利用[2-4]。然 而，由于煤层的低渗透率及多孔介质属性、瓦斯的 非均一化赋存状态，抽采过程中瓦斯流动理论研究 尚不够健全，瓦斯抽采参数带有经验性，使得煤层 瓦斯抽采效率不高[5-6]。其中，钻孔有效抽采半径 是合理布置钻孔间距和形状的关键参数。钻孔布置 密度过大，间距过小，造成人力、物力和财力浪费； 钻孔布置间距过大，使得抽采区域内出现空白带， 在煤层开采过程中易发生瓦斯事故，因此，优化钻 孔间距对保障安全生产，提高瓦斯抽采效率具有重 要意义。
压面围绕所有钻孔近似呈圆柱状但向内部凹陷(即出现空白带)；钻孔间距 d 为 2.1、3、4、5、6 m
时，有效抽采区域体积 V 的大小顺序随着时间的增长而改变，抽采 120 d 时，Vd=5 m>Vd=4 m>Vd=3 m> Vd=2.1 m>Vd=6 m。综合分析瓦斯压力等压面三维立体图和有效抽采区域体积的大小顺序，确定该矿钻 孔的较优间距为 4 m。研究提出的以有效抽采半径、叠加效应、三维瓦斯压力等压面
(1. 华北科技学院 应急技术与管理学院，河北 廊坊 065201；2. 华北科技学院 安全监管学院，河北 廊 坊 065201；3. 重庆文理学院 土工程学院，重庆 402160)
摘要: 为了识别钻孔间距对煤层瓦斯抽采的影响及如何实现高效抽采，基于流固耦合模型，建立
基于RFPA2D—Flow的瓦斯抽放钻孔破坏过程数值分析
基于RFPA2D—Flow的瓦斯抽放钻孔破坏过程数值分析I. 引言- 研究背景和意义- 国内外研究现状- 研究内容和方法II. 数值模型建立- RFPA2D-Flow简介- 瓦斯抽放钻孔模型建立- 材料参数设定III. 模拟结果分析- 瓦斯抽放钻孔破坏过程数值模拟结果展示- 瓦斯抽放钻孔破坏过程分析IV. 结果讨论- 数值模拟结果与实际工程现象比较- 影响瓦斯抽放钻孔破坏过程的因素分析- 瓦斯抽放钻孔破坏过程中能量耗散机制研究V. 结论- 研究结论和启示- 不足和展望参考文献I. 引言煤矿属于高风险工业领域，瓦斯突出和煤尘爆炸等矿井事故一直是制约煤矿安全生产的重要因素。
为了降低煤矿事故发生概率，目前煤矿企业采取了多种工程措施，其中瓦斯抽放则是一种被广泛采用的措施，瓦斯抽放钻孔因此成为实现瓦斯抽放措施的重要工具。
然而，煤矿底板、煤壁和巷道壁等多种构造因素使得瓦斯抽放钻孔不容易顺利进行，不同地质条件下的瓦斯抽放钻孔钻进过程中可能会产生多种不同的破坏现象，包括孔壁塌陷、孔眼漏气、孔壁开裂等。
这些现象可能会影响瓦斯抽放效果和煤矿的工作环境安全。
计算机数值模拟技术在瓦斯抽放工程中得到了广泛的应用。
RFPA2D-Flow作为一种最近才引入岩石力学领域、基于图形处理器（GPU）的二维离散元数值模拟软件，具有高效可靠、快速计算等优势。
通过RFPA2D-Flow软件对瓦斯抽放钻孔钻进过程中的破坏过程进行数值模拟，既可以预测孔壁稳定性和漏气情况，也可以评估破坏现象对瓦斯抽放效果的影响，为改进和优化瓦斯抽放工程提供科学的理论依据。
本文旨在利用RFPA2D-Flow软件对瓦斯抽放钻孔钻进过程中的破坏过程进行数值模拟研究，以期揭示不同地质条件下的瓦斯抽放钻孔破坏机理和影响因素，为后续的煤矿生产提供理论支持。
本文分为五个章节，以下将逐一介绍其内容。
II. 数值模型建立A. RFPA2D-Flow软件简介RFPA2D-Flow是一种基于图形处理器（GPU）的二维离散元数值模拟软件，是RFPA2D的增强版，主要应用于研究岩石或其他固体物质在不同外界因素下的破裂和塑性变形等力学问题。
超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术数值模拟研究
超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术数值模拟研究超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术数值模拟研究摘要：随着煤矿采煤工作的不断深入，瓦斯问题日益凸显。
为提高煤矿瓦斯治理的效果与采取防护性措施，本研究利用数值模拟方法，探究超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术对煤矿瓦斯治理的可行性。
1 引言煤矿瓦斯是一种常见的的煤矿安全隐患，它的主要成分是甲烷，具有高度易燃与爆炸性。
在煤矿开采过程中，深部采煤将更多的地下瓦斯释放到采空区，导致瓦斯积聚的风险加大。
因此，寻找高效、安全的瓦斯治理技术为保障煤矿生产秩序和矿工生命财产安全具有重要意义。
2 数值模拟研究方法2.1 模拟软件选择本文采用Fluent软件进行数值模拟。
Fluent具有强大的计算能力，能够对复杂的流体和气体运动进行数值分析。
2.2 模拟条件设定本文选择某煤矿采空区为仿真对象，建立相应的几何模型，模拟采空区瓦斯扩散过程。
根据实际情况，设定初始条件，如瓦斯的初始浓度、压力，以及温度等。
通过设定边界条件，模拟采空区瓦斯与周围环境的交换。
2.3 数值模拟计算在模拟过程中，采用计算流体力学（CFD）方法对瓦斯的流动与扩散进行数值模拟。
通过对流动场、速度场和浓度场的计算与分析，揭示超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术的可行性和治理效果。
3 数值模拟结果与分析3.1 瓦斯浓度分布研究发现，超大直径钻孔抽采技术能够有效地降低采空区的瓦斯浓度。
通过数值模拟计算，得到了不同时间点采空区内瓦斯浓度的分布情况。
结果表明，施加超大直径钻孔抽采技术后，采空区内瓦斯浓度呈现出明显的降低趋势。
3.2 瓦斯运移路径数值模拟结果还显示了瓦斯在采空区内的运移路径。
钻孔抽采技术可以形成明显的气流通道，有效地将瓦斯引往钻孔出口，从而实现瓦斯的抽采与排放。
4 结论本研究采用数值模拟方法，探究超大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术在瓦斯治理中的应用可行性。
数值模拟结果显示，该技术能够有效地降低采空区的瓦斯浓度，并形成明显的瓦斯运移通道。
基于RFPA2D—Flow的瓦斯抽放钻孔破坏过程数值分析
基于RFPA2D—Flow的瓦斯抽放钻孔破坏过程数值分析一、引言研究背景和意义文献综述研究内容和目的二、RFPA2D—Flow模型介绍RFPA2D模型简介RFPA2D—Flow模型介绍模型参数设置三、模型验证算例选取瓦斯抽放钻孔模型建立模型验证四、数值分析结果分析瓦斯抽放钻孔破坏过程分析瓦斯抽放效果对围岩稳定性的影响分析瓦斯压力对破坏过程的影响五、结论与改进措施结论总结不足和改进措施进一步研究展望作者简介参考文献一、引言在矿井开采中，瓦斯突出已成为一种十分危险的灾害，特别是在煤矿开采中更为常见。
为了解决瓦斯突出问题，矿井通常会采用瓦斯抽放技术进行处理。
然而，瓦斯抽放的效果受到瓦斯抽放钻孔的布设方式和抽放效率等因素的影响，因此对瓦斯抽放钻孔的设计与优化具有重要意义。
本研究基于RFPA2D—Flow模型，着重研究瓦斯抽放钻孔对围岩稳定性的影响和瓦斯压力对破坏过程的影响，并分析瓦斯抽放效果，以期为矿井瓦斯抽放钻孔的优化提供理论支持。
一、研究背景和意义瓦斯抽放技术是目前常用的控制瓦斯突出的有效方法之一。
该技术通过在煤层中布置瓦斯抽放钻孔，将煤层中的瓦斯抽出来，从而达到减少瓦斯积聚压力并降低瓦斯突出事故发生的风险。
瓦斯抽放的效果取决于瓦斯抽放钻孔的布设方式、排放量和排放位置等因素。
对于大型煤矿来说，抽放钻孔数量庞大，优化钻孔布置方案可以提高瓦斯抽放效率，从而进一步提高矿井的安全性和经济效益。
二、文献综述近些年来，许多学者和研究单位对瓦斯抽放技术进行了深入的研究。
Yi等（2017）在研究中发现，有效的瓦斯抽放可以明显降低煤层中瓦斯压力，从而降低煤层动态突出的风险。
Huang等（2018）则研究了双利用（瓦斯抽放和地源热泵）开采煤层的应用前景。
通过研究各种瓦斯抽放钻孔布置方式的优缺点，Zhou等（2016）提出针对不同采煤厚度和矿井布置的瓦斯抽放钻孔优化方案。
这些研究表明，瓦斯抽放技术在煤矿安全和经济效益方面发挥着至关重要的作用。
《井下直接法测定煤层瓦斯压力数值模拟研究及工程指导》
《井下直接法测定煤层瓦斯压力数值模拟研究及工程指导》篇一一、引言在煤炭资源开发过程中，煤层瓦斯压力的准确测定是安全生产与高效采矿的关键。
通过对井下直接法进行数值模拟研究，可实现更高效且安全的煤矿瓦斯压力测量。
本论文就这一问题，首先提出研究的背景与意义，并详细阐述研究内容、方法及创新点。
二、研究背景与意义随着煤炭开采的深入，煤层瓦斯压力的测定已成为矿井安全管理的核心任务。
在井下进行煤层瓦斯压力的直接测量，可以提供实时的瓦斯压力数据，有助于制定更准确的采矿计划和安全防范措施。
同时，这一方法也可为煤层气开发提供基础数据支持。
因此，开展井下直接法测定煤层瓦斯压力的数值模拟研究及工程指导具有极高的实践意义。
三、研究内容与方法1. 数值模拟研究（1）模型建立：基于实际矿井的地质条件和瓦斯分布情况，建立数值模拟模型。
（2）模拟实验：利用数值模拟软件，对井下直接法进行模拟实验，分析其可行性及误差来源。
（3）参数优化：通过模拟实验结果，对测量方法进行参数优化，提高测量精度。
2. 工程实践应用（1）现场试验：在具有代表性的矿井进行现场试验，验证数值模拟结果的准确性。
（2）工程指导：根据数值模拟和现场试验结果，为煤矿企业提供工程指导，包括采矿计划制定、安全防范措施等。
四、数值模拟结果分析通过数值模拟实验，我们发现井下直接法在测量煤层瓦斯压力时具有较高的精度和可行性。
同时，我们也发现了影响测量精度的主要因素，如设备精度、环境条件等。
针对这些问题，我们提出了相应的参数优化措施，如提高设备精度、优化测量环境等。
这些措施可以有效提高井下直接法测定煤层瓦斯压力的准确性。
五、工程实践应用及指导1. 采矿计划制定：根据测量的煤层瓦斯压力数据，可以更准确地预测瓦斯涌出量，为采矿计划的制定提供科学依据。
同时，可以避免因瓦斯压力过高而导致的安全事故。
2. 安全防范措施：通过实时监测煤层瓦斯压力，可以及时发现潜在的瓦斯涌出风险，并采取相应的安全防范措施，如加强通风、设置瓦斯监测系统等。
煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究
煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究煤矿瓦斯爆炸事故一直是我国煤矿安全的“绊脚石”，为了避免这类事故的发生，煤矿瓦斯抽放掘进法成为了煤矿安全的重要手段之一。
该方法通过采取抽放设备，将瓦斯通道内的瓦斯抽出进行处理，起到了防止煤矿瓦斯爆炸的作用。
近年来，数值模拟技术在煤矿瓦斯抽放掘进法中的应用越来越广泛，本文将探讨煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究。
一、数值模拟的基础理论数值模拟是指将实际问题通过数学建模、计算机模拟的方法，得到与实际问题尽可能相近的数值解。
其中，数值模拟的基础理论包括：计算流体力学（CFD）、数值计算方法等。
CFD方法是指通过数值方法求解流体运动的物理方程，其基本原理是将流体分割为无数个小单元，在每个小单元内求解流体状态。
而数值计算方法包括基于有限元、有限差或者其他数值算法的方法，它们的基本原理是将物理问题离散化，通过数字计算得到问题的数值解。
这两个基础理论在数值模拟中是重要的支撑，也是煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究的基础。
二、模拟方法综述煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟方法主要包括多相流模拟、离散相模拟和耦合模拟等。
多相流模拟是指将流体和固体或多个流体进行数值模拟的方法，通过将瓦斯、颗粒和煤尘等不同相进行数值计算来分析瓦斯抽放的可行性。
而离散相模拟则是通过计算颗粒分布、运动轨迹等参数，来分析其对瓦斯抽放的影响，同时也可以描绘出煤尘分布的情况。
耦合模拟则是将多相流和离散相模拟相结合，综合考虑不同相对瓦斯抽放的影响，以达到更加精确的模拟效果。
三、模拟结果分析煤矿瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究在其内部排风系统的设计、瓦斯抽放量、抽放速度等方面起到了重要的作用。
通过数值模拟，可以得到模拟结果，并分析出其对实际工程中的瓦斯抽放的影响。
同时，模拟结果还可以用于模型优化、方案比较、风险分析等方面。
瓦斯抽放掘进法的数值模拟研究还需要结合工程实际，对实际工程环境进行准确的模拟。
目前的数值模拟技术还存在一些问题，如计算精度不高、模型参数固定等方面的问题，需要进一步的改进和优化。
分析井下瓦斯抽采钻孔施工技术
分析井下瓦斯抽采钻孔施工技术
井下瓦斯抽采钻孔施工技术是指在煤矿或地下瓦斯爆炸危险区域进行井下钻孔，通过钻孔开采瓦斯，减少瓦斯积聚，降低爆炸事故的风险。
本文将从钻孔设计、钻孔方法、钻孔设备等方面进行分析。
钻孔设计：钻孔的设计应根据煤层的情况确定孔径、孔深、孔距及孔位。
孔径一般为45-85毫米，孔深根据需要而定，一般为1000米左右，孔距要根据煤层的走向和倾角进行合理布局。
孔位的选择和钻进方向有密切关系，要选择在煤层均匀分布、瓦斯丰度高的位置，同时要避免钻孔穿越断层、岩层等地质构造。
钻孔方法：钻孔方法有传统的机械压裂法、液压压裂法和瓦斯抽采法。
传统的机械压裂法是利用机械钻头分别进行进尺钻孔和装药钻孔，然后在装药孔内充填火药，最后对装药孔进行点火爆破，形成孔隙，使瓦斯可以顺利流通。
液压压裂法则是在机械钻孔的基础上增加了液体压裂剂的注入和液压压裂操作，以形成孔隙和裂缝。
瓦斯抽采法是在钻孔中装置吸瓦斯装置，通过瓦斯的压力差，将瓦斯抽出来。
钻孔设备：钻孔设备一般有机械钻机、液压钻机、液压压裂机及吸瓦斯装置等。
其中机械钻机主要适用于软煤层、液压钻机适用于中硬煤层，液压压裂机适用于硬煤层，吸瓦斯装置则是钻孔除瓦斯的关键装置。
综上所述，井下瓦斯抽采钻孔施工技术是一项重要的矿业安全技术，它的成功实施能够保证矿井生产的安全稳定，保护劳动者的生命财产安全。
在实际施工过程中，要充分考虑煤层的地质情况，合理设计钻孔孔径、孔深、孔距及孔位，选择合适的工艺方法和钻孔设备，同时加强现场管理，确保施工安全。
《2024年井下直接法测定煤层瓦斯压力数值模拟研究及工程指导》范文
《井下直接法测定煤层瓦斯压力数值模拟研究及工程指导》篇一一、引言随着煤炭资源的开采利用，煤层瓦斯压力的测定对于煤矿安全生产具有重要意义。
煤层瓦斯压力的准确测定不仅有助于了解矿井瓦斯赋存状态，还能为瓦斯灾害的预防和治理提供科学依据。
本文将通过数值模拟的方法，对井下直接法测定煤层瓦斯压力进行研究，并探讨其在工程实践中的应用。
二、煤层瓦斯压力数值模拟研究1. 模拟方法与模型建立采用数值模拟软件，建立煤层瓦斯压力测定的数值模型。
该模型应充分考虑煤层的地质构造、瓦斯赋存状态、采煤方法等因素，以保证模拟结果的准确性。
模型建立后，需对模拟参数进行设定，包括煤层透气性、瓦斯赋存量等。
2. 模拟过程与结果分析在模拟过程中，通过设定不同的瓦斯压力值，观察瓦斯在煤层中的运移规律，以及瓦斯压力与煤层透气性、采煤方法之间的关系。
通过对模拟结果的分析，可以得出煤层瓦斯压力的变化趋势及影响因素。
三、井下直接法测定煤层瓦斯压力1. 测定方法与原理井下直接法是通过在井下钻孔中安装测压装置，直接测定煤层中的瓦斯压力。
该方法具有操作简便、实时性强的优点。
其原理是利用瓦斯在煤层中的运移规律，通过测压装置测量瓦斯压力的变化。
2. 实际操作与注意事项在实际操作中，需根据煤层的地质构造和瓦斯赋存状态，选择合适的测压点。
同时，应确保测压装置的安装质量和密封性能，以避免测量误差。
在测定过程中，需密切关注瓦斯压力的变化，及时记录数据，以便后续分析。
四、工程指导与应用1. 指导煤矿安全生产通过井下直接法测定煤层瓦斯压力，可以了解矿井瓦斯赋存状态和运移规律，为煤矿安全生产提供科学依据。
在采煤过程中，可以根据瓦斯压力的变化情况，制定合理的采煤方法和安全措施，确保矿井安全。
2. 优化瓦斯治理方案根据井下直接法测定的煤层瓦斯压力数据，可以优化瓦斯治理方案。
通过分析瓦斯压力与煤层透气性、采煤方法之间的关系，可以制定出更加科学、合理的瓦斯治理措施，提高瓦斯治理效果。
合理钻孔间距和瓦斯抽放时间的理论分析与数值模拟
合理钻孔间距和瓦斯抽放时间的理论分析与数值模拟邢云峰;孙晓元;孙英峰【摘要】In order to determine reasonable and effective gas hole spacing and drainage time, according to the coal seam gas occurrence and flow theory,demonstrates the radial gas flow equaG tion and homogeneous heat conduction in radial similarity of unstable heat conduction equation is discussed with the analysis of temperature field in ANSYS software,the feasibility of the funcG tion to simulate the gas flow field.By comparing different bedding parallel drainage effect of boreG hole spacing and drainage time determines the reasonable gas drainage parameters.Practice verifiG cation shows that the reasonable selection of borehole spacing and adequate drainage time can efG fectively prevent the gas drainage borehole repeat cross,which reduces the drilling construction cost and shortened the time needed for drainage,achieve the safety and engineering economy face dual purpose.%为确定合理有效的瓦斯钻孔间距和抽放时间，根据煤层瓦斯赋存与流动理论，论证了瓦斯径向流动方程与均质导热体中径向不稳定导热方程的相似性，探讨了借助 ANG SYS软件中的温度场分析功能来模拟瓦斯流动场的可行性。
基于COMSOL Multiphysics的瓦斯抽采有效钻孔间距的研究
基于COMSOL Multiphysics的瓦斯抽采有效钻孔间距的研究马金飞;李金华;雒晨辉;张宗良【摘要】为提高司马煤业3号煤层瓦斯抽采时钻孔布置的合理性与准确度,以煤介质的双重孔隙结构特征以及瓦斯流动理论为基础,根据质量守恒及Darcy定律,建立了气固耦合的瓦斯流动模型,并将其植入到COMSOL Multiphysics软件中进行模拟计算,得到了钻孔参数对瓦斯抽采的影响规律以及单排抽采孔布置方式下的有效钻孔间距,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,验证了所建立的瓦斯流动模型的有效性.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2016(025)012【总页数】4页(P11-13,56)【关键词】瓦斯流动模型;有效钻孔间距;COMSOL Multiphysics;数值模拟【作者】马金飞;李金华;雒晨辉;张宗良【作者单位】潞安集团司马煤业有限公司,山西长治 047105;潞安集团司马煤业有限公司,山西长治 047105;潞安集团司马煤业有限公司,山西长治 047105;中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116【正文语种】中文【中图分类】TD712.6矿井瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出是煤矿安全生产中最为严重的灾害，因此，矿井瓦斯灾害治理是煤矿安全工作中的重中之重。
瓦斯抽采是降低煤层瓦斯含量、防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出的重要措施。
司马煤业随着开采强度的逐渐增加，特别是后期向西侧的深部开采，瓦斯涌出量将不断增大，因此要采取预先抽放瓦斯的措施，保证矿井的衔接和生产的安全。
利用COMSOL Multiphysics软件对瓦斯抽采进行数值模拟，确定钻孔的有效抽采半径是现今瓦斯抽采模拟的主流。
为了解决司马煤业瓦斯抽采施工过程中钻孔布置的问题，提高瓦斯抽采的效率与现场施工的精准度，从现场单排孔的施工角度出发，以有效钻孔间距作为计算目标进行模拟，以此来指导现场施工。
对煤层瓦斯抽采进行数值模拟所建立的模型，即为瓦斯流动模型，它描述了瓦斯在煤层中的运移规律。
煤层预裂爆破钻孔合理间距数值模拟研究
煤层预裂爆破钻孔合理间距数值模拟研究煤层预裂爆破能够有效解决低渗透性煤层瓦斯抽采难问题,防治瓦斯灾害事故的发生。
爆破钻孔间距的确定可以为煤层预裂爆破提供合理试验方案,从而达到改善煤层渗透性的目的。
潞安矿区漳村煤矿3#煤层属低渗透性煤层,以该煤层2306工作面为研究对象,采用数值模拟方法研究了炸药爆速、控制孔因素独立影响下预裂爆破对煤层的影响范围,以及不同爆破方式对煤层的影响范围,提出了钻孔合理间距,并在该工作面煤层预裂爆破试验中进行了验证。
结果表明：炸药爆速影响下煤层预裂爆破钻孔合理间距为4m,不同爆速炸药对煤层预裂爆破破坏影响范围基本一致；控制孔影响下煤层预裂爆破钻孔合理间距小于4m；双爆破孔模型的爆破破坏效果优于单爆破孔模型,双爆破孔煤层预裂爆破两爆破孔钻孔合理间距为8m；现场试验结果与数值模拟结果基本一致。
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（ １华 北理 工 大学矿 业工程 学院 ，河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ９ ； ２开滦 （ 集 团） 有 限责任 公 司 ，河 北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：利 用 静 态 压裂 钻孔 ， 可 以有 效 促 进 孔 壁 周 围煤 体 裂 隙发 育 ， 解 决 低 透 气 性 煤 层 瓦 斯 排 放 效 率 低、 工 程 量 大 的 问题 。针 对 钱 家 营 矿 一６ ０ ０ ｍ ７ 煤层 ， 通过数值模 拟研究其静 态压裂过 程中煤体破 裂范 围， 确 定 了最 优 的 瓦斯 排 放 钻 孔 间距 。研 究 结 果表 明 ： 静 态 压 裂 影 响范 围分 为 破 损 区 和 弹 性 区 ， 其 中破 损 区 范 围约 为压 裂孔 直径 的 ２ 倍， 而 弹 性 区的 形 成 主 要 决 定 因素 为 应 力 强 度 ； 静 态 压 裂 孔 与 排 放 孔 的 最 优 孔 间距 ＧＵＯ Ｄａ 。 ，ＺＨＡＮＧ Ｊ ｉ ｎ ｈ ａ ｉ ， Ｌ Ｉ Ｆ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｉ ，ＸＵ Ｓ ｈ ｅ ｎ
（１ ． Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｎｏ ｒ ｔ ｈ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｔａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ ０ ６ ３ ０ ０ ９， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ２ ． Ｋａ ｉ ｌ ｕ ａ ｎ（ Ｇｒ ｏ ｕ ｐ ）Ｃｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌｔ ｄ ．， Ｔａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ ０ ６ ３ ０ ０ ０ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｑｉ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｙ ｉ ｎ ｇ ｍｉ ｎ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｂ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｒ ｅ ａ ； ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｉ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ２ ｔ ｉ ｍｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｈ ｏ ｌ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ａ ｍａ ｊ ｏ ｒ
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第 ２ ６卷 第 ３期 ２ ０ １ ７ 年 ３月
中 国 矿 业
ＣＨＩ ＮＡ Ｍ１ ＮＩ ＮＧ Ｍ ＡＧＡＺＩ ＮＥ
Ｖ０ １ ．２ ６， Ｎ ｏ． ３
Ｍ ａｒ ． ２Ｏ１ ７
基 于静 态压 裂 的 瓦斯 排 放 钻 孔 间距 的数 值 模 拟
张嘉勇 ，崔 啸 ，郭 达 ， 张金海 ，李凤志 ，许 慎
为６ ～８ ｍ 通 过 静 态 压 裂 技 术 可 有 效 降低 掘进 工作 面 排 放 钻 孔 数 量 ， 减 少 施 工 量 和作 业 时 间 ， 提 高 瓦 斯 排
放效率 。
关键 词 ：优 化 钻 孔 卸 压 ；静 态 压 裂 ；钻 孔 间距 ；数 值 模 拟
中 图 分 类 号 ：ＴＤ ８ ２ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ４ — ４ ０ ５ １ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ — ０ ０ ９ ８ — ０ ５