彭教授河南理工大瓦斯抽采研究说明

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瓦斯抽采浓度与抽采钻孔垂高之间的关系

在一１７ｍ。工业广场内设有主井、副井、回风井、００矸石井四个井筒，矿井设计生产能力４００万吨／。年矸石井由中煤三十处施工，设计深度１４ｍ，净直径０５８３．ｍ，井筒荒径９５．ｍ，井Ｉ设计标高＋４０Ｚｌ２．ｍ，是真正意义上的千米深井。以下介绍朱集矿井矸石井井筒揭ｌ— ２。１煤
电刀匀之间的关系
文／何召全洪勇刘刚
摘要：本文通过对潘三煤矿１－１３煤层三个回采工作面近百个穿层钻孔的连续观察、统计．分析，得出采空区内裂隙发育和瓦斯聚集的最优位置，指导穿层钻孔的参数设计以及高抽巷层位选取，达到最优抽采效果，节约人力、物力、财力的目的，预防工作面瓦斯超限，实现安全生产。关键词：瓦斯抽采；钻孔参数；钻孔垂高；瓦斯超限中图分类号：Ｔ７８Ｄ２文献标识码：Ｂ文章编号：１０ — １６（０１２（）２８００９９６２１）０３Ｃ一０１ — ２
中图分类号：Ｔ８Ｄ
文献标识码：Ｂ
文章编号：１０－１６（０１２（）ｏ１一２０９９６２１）ｏ３ｃ一２９ｏ
概述：朱集矿井位于淮南市潘集区北部，属淮南隶矿业集团，矿井设计布置两个水平，其中一水平设在９６０ｍ，主要服务于１— １３煤层开采，辅助水平设在９５８ｍ，主要服务于１— ２煤层开采；二水平标高设１
瓦斯比重又比空气要小。因此，瓦斯气通过空隙进入裂隙带，裂隙带是我们设计钻孔抽采的主要部位。根

瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究

㊀第４９卷第５期煤炭科学技术Ｖｏｌ４９㊀Ｎｏ５㊀㊀２０２１年５月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｍａｙ２０２１㊀移动扫码阅读王㊀亮，廖晓雪，褚㊀鹏，等．瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０１３１９９／ｊｃｎｋｉｃｓｔ２０２１０５０１０ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ，ＣＨＵＰｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ［Ｊ］ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０１３１９９／ｊｃｎｋｉｃｓｔ２０２１０５０１０瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究王㊀亮１，廖晓雪１，褚㊀鹏１，张晓磊２，刘清泉１（１．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州㊀２２１００８；２．常州大学环境与安全工程学院，江苏常州㊀２１３１００）摘㊀要：随着我国煤矿开采逐渐向深部开拓，煤层瓦斯压力增大㊁含量增加，煤层渗透率普遍较低，增加了瓦斯抽采的难度㊂钻孔钻扩造穴卸压增透技术能提高煤层渗透率，是增加瓦斯抽采效率的有效手段㊂为解决寺家庄煤矿１５号煤层渗透率低，瓦斯难抽采的问题，以寺家庄煤矿北翼辅助运输巷１５号煤层抽采钻孔造穴为工程背景，以弹性力学应变软化模型和扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础，建立了穿层钻孔钻扩造穴后煤层渗透率演化方程和穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂通过ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对方程进行解算，分析了钻孔造穴的增透机理和渗透率分布规律，得到了瓦斯抽采量㊁瓦斯压力分布以及渗透率等关键参数；结合模拟结论与现场条件，确定了钻孔钻扩造穴的最优造穴半径为０．６ｍ，最佳布孔间距为６．０７．０ｍ，为现场施工造穴半径和钻孔间距的确定提供了指导㊂最后，在寺家庄煤矿１５号煤层实施普钻钻孔与造穴钻孔，进行了瓦斯抽采效果对比㊂试验结果表明：实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量相对普钻钻孔分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；瓦斯抽采周期㊁钻孔施工工程量降低了约２倍，提高了瓦斯抽采技术经济效益，应用结果验证模拟结果可靠，抽采设计可行，可以指导现场施工㊂关键词：穿层钻孔；钻扩造穴增透；流固耦合；瓦斯抽采中图分类号：ＴＤ７１２㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０５－００７５－０８Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅＷＡＮＧＬｉａｎｇ１，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ１，ＣＨＵＰｅｎｇ１，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｌｅｉ２，ＬＩＵＱｉｎｇｑｕａｎ１（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ㊀２１３１００，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２１－０２－２８；责任编辑：曾康生基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（５１９７４３００）；中央高校基本科研业务资助项目（２０２０ＺＤＰＹ０２２４）；江苏省自然科学基金青年基金资助项目（ＢＫ２０１９０９３１）；中国博士后科学基金批面上资助项目（２０１９Ｍ６５２０２３）作者简介：王㊀亮（１９８２），男，江苏东海人，教授，博士生导师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｗ１９８２＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：张晓磊（１９８４），男，安徽淮北人，讲师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｉｎｏｚｘｌ＠１６３．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｇｒａｄｕａｌｌｙｅｘｔｅｎｄｓｔｏｔｈｅｄｅｅｐｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｌｏｗ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｂｙｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍａｎｄｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅａｕｘｉｌｉａｒｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｒｏａｄｗａｙｏｆｎｏｒｔｈ－ｗｉｎｇｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃｓｓｏｆｔｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｓｅｅｐａｇｅｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｆｌｏｗｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｓｅａｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｇａｓｆｌｏｗｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ．ＵｓｉｎｇＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔ⁃ｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗａｆｔｅｒｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｍｏｕｎｔ，ｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｆｉｅｌｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃａｖｉｔｙｒａｄｉｕｓｗａｓ０．６ｍ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇｗａｓ６．０７．０ｍ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｄａｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｂｏｒｅｈｏｌｅｒａｄｉｉａｎｄｓｐａｃｉｎｇｉｎｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃ⁃ｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃ⁃５７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｒａｔｅ，ｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｔｙｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ２．７，２．０ａｎｄ５．７ｔｉｍｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄａｂｏｕｔ２ｔｉｍｅｓ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｄｅｓｉｇｎｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｇｕｉｄｅｔｈｅｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ０㊀引㊀㊀言煤炭是我国的主导能源，２０１９年在我国能源的消费比例约占５７．７％㊂煤层瓦斯作为煤的伴生产物，是储量丰富的优质清洁能源，同时也是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一㊂煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故常造成重大的人员伤亡和经济损失，而瓦斯抽采是消除瓦斯事故㊁保障安全开采的主要方法，同时能够使瓦斯得到充分利用［１］㊂煤层渗透率是决定瓦斯抽采质量和产量的关键因素［２］，然而，由于我国煤层地质条件复杂，煤体渗透率普遍偏低，通常在１ˑ１０－６μｍ２以下，导致瓦斯抽采难度大，抽采效率低［３－４］㊂为提高煤层渗透率，促进瓦斯高效抽采，有学者提出水力压裂㊁水力割缝等技术措施，通过水的高压作用在周围煤体产生人工裂隙，促使煤体内部瓦斯渗流，达到增透的目的［５－７］㊂然而，水力割缝对软煤的持久性差，在地应力大的情况下裂缝容易闭合；水力压裂易导致煤体局部应力集中，影响增透效果，两者对松软构造煤的瓦斯抽采效果较差㊂钻孔钻扩造穴扩大钻孔是近年来广泛应用的增透技术，钻扩造穴是在钻刀切割煤体的过程中，同时打开高压水泵，利用高压水射流动力软化㊁破碎钻孔周围的煤体，再将破碎的煤体冲出钻孔，构建大尺寸孔洞，使周围煤体卸压㊂造穴过程中，钻孔周围煤体应力重新分布，当煤体强度不足以承受重新分布的应力时，煤体就会发生破坏［８－９］㊂研究表明，煤体破坏后，渗透率能增加几十至几千倍［１０－１１］㊂钻孔钻扩造穴技术集钻孔－冲孔为一体，克服了水力压裂㊁水力割缝和传统水力冲孔方法的不足，出煤量大，增透有效［１２］㊂根据瓦斯抽采钻孔形式，钻孔造穴有穿层钻孔和顺层钻孔２种形式，穿层钻孔是从岩石巷道向煤层打钻孔穿透煤层㊂因穿层钻孔在岩石中比顺层钻孔更加稳固，抽采服务时间更久㊂近年来，水力钻扩造穴技术，特别是实施穿层钻孔抽采瓦斯时的钻扩造穴，在国内煤矿得到了广泛应用㊂孙四清等［１３］对松软突出煤层进行穿层钻孔造穴瓦斯抽采后，瓦斯抽采量增加了６．６倍㊂杜昌华等［１４］对大倾角松软厚煤层实施穿层水力扩孔技术后，造穴钻孔瓦斯抽采量和单孔瓦斯体积分数分别增加了２．８和１．４倍，并且扩孔半径越大，煤中残余瓦斯含量越低㊂牟全斌等［１５］对芦岭煤矿Ⅲ１０１３工作面实施了机械造穴穿层钻孔后，单孔瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量相应提高了２．７３３．３９倍㊁２．６３５．１１倍㊂以上研究表明，实施穿层钻孔造穴卸压增透后，煤层瓦斯抽采效率显著提高㊂为了获得最有效的增透效果，降低施工成本，郝丛猛等［１６］根据不同煤层的特点，采用数值模拟软件对造穴半径㊁布孔间距等参数进行了合理设计，为现场工程提供了指导㊂于宝种［１８］建立了冲孔造穴过程中煤体的渗透率演化模型，模拟了不同造穴半径对煤层渗透率的影响，并在新景煤矿进行了工程验证，试验结果表明冲孔造穴能够减少钻孔工作量，提高瓦斯抽采效率㊂根据现场突出危险性鉴定，寺家庄煤矿１５号煤层为突出煤层㊂受强构造应力影响，该煤层渗透率低，煤质极松软㊂为了防止北翼辅助运输大巷掘进过程发生煤与瓦斯突出，必须预先抽采瓦斯，再掘进施工㊂由于普通钻孔瓦斯抽采应力扰动范围小，抽采效率低，抽采时间长，因此采用水力钻扩造穴技术提高煤层的瓦斯抽采效率㊂作者以弹性力学软化理论和双孔介质瓦斯流动理论为基础建立了造穴钻孔周围煤体渗透率演化模型和瓦斯运移模型，并利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对建立的模型进行解算，分析了造穴钻孔周围煤体的渗透率和应力分布规律，对比了不同钻孔半径和钻孔间距下的煤层瓦斯压力㊁瓦斯抽采量，并在寺家庄煤矿１５号煤层对模拟结果进行了现场验证㊂１㊀钻扩造穴卸压增透机理及瓦斯流动模型１．１㊀钻扩造穴卸压增透机理１．１．１㊀钻孔周围煤体应力分布煤体是一种弹塑性材料，当所受应力超过峰值应力后会表现出应变软化特性，采取水力造穴措施可使钻孔周围煤体应力重新分布㊂根据煤岩体力学特性应变软化模型，煤体受力破坏的应力变化过程可分为３个阶段（图１）：弹性阶段㊁软化阶段和残余阶段㊂钻扩造穴施工后，在钻孔周围的煤体相应形成弹性区㊁塑性区和破碎区［１９］㊂６７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期图１㊀煤岩体应变软化模型及钻孔周围煤体应力分布特征Ｆｉｇ．１㊀Ｃｏａｌａｎｄｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅ等效塑性剪切应变可以作为描述应变软化过程的软化参数［２０－２１］为γｐ＝２／［３（ε２１，ｐ＋ε２２，ｐ＋ε２３，ｐ）］（１）式中：γｐ为等效塑性剪切应变；ε１，ｐ㊁ε２，ｐ㊁ε３，ｐ为沿３个主应变方向的塑性主应变㊂应变软化过程是在内摩擦角不变的情况下失去黏聚力的过程，黏聚力随着等效塑性剪切应变的增加而呈线性减小，在塑性条件下，全应力应变曲线上的黏聚力可以表示的等效塑性剪切应变分段线性函数［２２］为ｃ＝ｃ０－（ｃ０－ｃｒ）γｐγ∗ｐ㊀（γｐ＜γ∗ｐ）ｃｒ㊀㊀㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïï（２）式中：ｃ为黏聚力；ｃ０为初始黏聚力；ｃｒ为残余黏聚力；γ∗ｐ为临界塑性剪切应变㊂数值模拟中，通常使用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ（Ｍ－Ｃ）准则的六边形与Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ（Ｄ－Ｐ）失稳准则外接圆进行匹配作为岩石的破坏准则［２３］㊂Ｄ－Ｐ准则考虑了静水压对岩石破坏的影响，认为材料的破坏由偏应力第一不变量和第二不变量共同决定，其表达式为Ｉ２＋αＩ１＝κα＝ｔａｎφ９＋１２ｔａｎ２φκ＝３ｃ９＋１２ｔａｎ２φìîíïïïïïïï（３）式中：Ｉ１㊁Ｉ２为偏应力第一不变量㊁第二不变量，ＭＰａ；α和κ为材料常数；φ为煤的内摩擦角，（ʎ）㊂１１２㊀渗透率模型煤层渗透率是控制煤层瓦斯流动的关键参数，主要受地应力改变引起的煤体裂隙变化影响㊂水力冲孔使煤层应力重新分布，煤体发生变形和破坏，裂隙宽度增大，数量增多，进而煤层渗透率增加㊂煤体所处的应力状态不同，发生的变形不同，因此渗透率随地应力状态的变化遵循不同的函数关系㊂根据前人研究，在弹性阶段（γｐ＝０）㊁塑性软化阶段（０＜γｐ＜γ∗ｐ）㊁残余阶段（γｐȡγ∗ｐ），水力冲孔钻孔周围煤体渗透率与体积应力变化量的关系满足下式［２４－２６］，即ｋ＝ｋ０ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀㊀㊀㊀（γｐ＝０）ｋ０（１＋γｐγ∗ｐξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（０＜γｐ＜γ∗ｐ）ｋ０（１＋ξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïïïï（４）式中：ｋ为渗透率，ｍ２；ｋ０为初始渗透率，ｍ２；ｃｆ为裂隙压缩因子，ＭＰａ－１；σＶ为体积应力，ＭＰａ；ξ为渗透率跃变系数㊂１．２㊀瓦斯流动模型１．２．１㊀基质瓦斯扩散煤基质的瓦斯流动遵循质量守恒方程为∂ｍｍ∂ｔ＝－ＱＳ（５）ｍｍ＝ＶＬｐｍｐｍ＋ｐＬＭｇＶＭρＣ＋φｍＭｇｐｍＲＴＱＳ＝ＭｇτＲＴ（ｐｍ－ｐｆ）ìîíïïïïï（６）式中：ｍｍ为单位体积煤基质中的瓦斯质量，ｋｇ／ｍ３；ＱＳ为单位体积煤基质同裂隙系统的质量交换率，ｋｇ／（ｍ３㊃ｓ）；ＶＬ为朗格缪尔体积，ｍ３／ｋｇ；ｐｍ为孔隙瓦斯压力，ＭＰａ；ｐＬ为朗格缪尔压力，ＭＰａ；Ｍｇ为甲烷的摩尔质量，ｋｇ／ｍｏｌ；ρＣ为煤体视密度，ｋｇ／ｍ３；ＶＭ为气体摩尔体积，０．０２２４ｍ３／ｍｏｌ；φｍ为煤基质孔隙率，％；Ｒ为理想气体常数，Ｊ／（ｍｏｌ㊃Ｋ）；Ｔ为煤层温度，Ｋ；τ为吸附时间，等于煤体中６３．２％的瓦斯解吸出来的时间，ｄ；ｐｆ为裂隙瓦斯压力，ＭＰａ㊂将式（６）代入质量守恒式（５），得基质瓦斯流动方程，即∂ｐｍ∂ｔ＝－ＶＭ（ｐｍ－ｐｆ）（ｐＬ＋ｐｍ）２τＲＴＶＬｐＬρＣ＋τφｍＶＭ（ｐＬ＋ｐｍ）２（７）１２２㊀裂隙瓦斯渗流裂隙中瓦斯流动满足质量守恒方程为∂ｍｆ∂ｔ＝－Ñρｆ㊃ｖｆ()＋ＱＳ（８）ｍｆ＝φｆＭｇｐｆＲＴｖｆ＝－ｋμÑｐｆìîíïïïï（９）７７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷式中：ｍｆ为单位体积煤体裂隙瓦斯质量，ｋｇ；φｆ为煤体裂隙率，％；ρｆ为裂隙瓦斯密度，ｋｇ／ｍ３；ｖｆ为煤体裂隙瓦斯流动速度，ｍ／ｓ；ｋ为渗透率，ｍ２；μ为甲烷动力黏度，Ｐａ㊃ｓ㊂将方程（９）代入质量守恒式（８），得裂隙瓦斯流动的方程为φｆ∂ｐｆ∂ｔ＝Ñ（ｋμｐｆÑｐｆ）＋１τ（ｐｍ－ｐｆ）（１０）２㊀模拟与结果以上建立了可用于数值模拟的钻扩造穴后煤层渗透率演化和瓦斯流动方程㊂笔者采用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ数值模拟软件对以上方程进行了计算求解，数值模拟中选用了ＣＯＭＳＯＬ软件中的３个模块：钻孔开挖选择固体力学模块，基质瓦斯扩散选择ＰＤＥ模块，裂隙瓦斯渗流选择达西定律模块㊂２．１㊀模型描述和输入参数根据山西阳煤寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道现场穿层水力冲孔情况，本次模拟的几何模型及边界条件如图２所示㊂为消除边界的影响，建立了４０ｍˑ４０ｍ的矩形区域，远大于钻孔的增透区㊂二维模型是真实三维煤层的简化，２Ｄ模型不会影响计算的精度，并且利于显示应力和瓦斯压力分布［２７－２８］㊂对于固体变形模型，模型的左边和上边为恒定应力条件，代表煤层的水平地应力，右边和下边为滚轴边界㊂对于瓦斯抽采模型，钻孔内为恒定压力边界，四周为无流动边界条件㊂图２㊀几何模型和边界条件Ｆｉｇ．２㊀Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ㊀㊀所有参数均通过实验室试验获得或现场测量得到㊂模拟中所用参数如下：煤层泊松比ｖｃ０．３煤层弹性模量Ｅ／ＭＰａ１０００初始水平应力σｈ／ＭＰａ１０原始瓦斯压力ｐ０／ＭＰａ２．０煤层初始黏聚力ｃ０／ＭＰａ０．６煤层残余黏聚力ｃｒ／ＭＰａ０．５煤体视密度ρｃ／（ｇ㊃ｃｍ－３）１．３煤层内摩擦角φ／（ʎ）３０煤层软化参数的临界值γ∗ｐ／１０－２０．０１原始渗透率ｋ０／ｍ２５ˑ１０－１８渗透率突变系数ξ２５裂隙压缩因子ｃｆ／ＭＰａ０．１０煤体裂隙率φｆ０．０１２基质孔隙率φｍ０．０６５ＣＨ４朗格缪尔体积ＶＬ／（ｍ３㊃ｔ－１）４８．１６ＣＨ４朗格缪尔压力ｐＬ／ＭＰａ１．３５ＣＨ４摩尔质量Ｍｇ／（ｇ㊃ｍｏｌ－１）１６气体摩尔体积ＶＭ／（Ｌ㊃ｍｏｌ－１）２２．４ＣＨ４动力黏度μ／（Ｐａ㊃ｓ）１．０８ˑ１０－５气体常数Ｒ／（Ｊ㊃ｍｏｌ－１㊃Ｋ－１）８．３１４吸附时间τ／ｄ０．５２煤层温度Ｔ／Ｋ２９３２．２㊀造穴半径对增透效果的影响以造穴半径０．６ｍ为例，分析钻孔周围煤体的应力㊁等效塑性应变分布㊂钻孔施工后，钻孔周围煤的径向应力㊁切向应力㊁体积应力和等效塑性剪切应变γｐ如图３所示㊂根据平面应变假设，σ２为常数，体积应力为σ１和σ３之和㊂由图３可知，钻孔周围的γｐ≫０，体积应力很小㊂随着距钻孔的距离增加，等效塑性应变急剧下降，体积应力增加㊂γｐ＞０时，煤体处于应变软化阶段；γｐ＝０．０１％时，煤体处于残余阶段，发生塑性破坏㊂因此，钻孔周围塑性破坏区为０．９６ｍ，软化区的范围为０．２９ｍ，增透区的厚度为１．２５ｍ，即等效增透半径为１．８５ｍ㊂当距钻孔中心图３㊀造穴钻孔周围应力和等效塑性应变分布Ｆｉｇ．３㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎａｒｏｕｎｄａｂｏｒｅｈｏｌｅ８７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期距离超过１．８５ｍ时，γｐ＝０，体积应力为原始值，煤体处于弹性阶段㊂为研究造穴半径对煤体渗透率分布的影响，确定合理的造穴半径，分别对造穴半径为０．４㊁０．５㊁０．６㊁０．７和０．８ｍ情况下钻孔周围煤体的渗透率演化特征和瓦斯压力进行了对比分析㊂如图４ａ所示，实施水力造穴后，钻孔周围煤体渗透率得到提高，且距钻孔越近，煤层渗透率越大，不同造穴半径下煤层渗透率的最大值均为原始渗透率的１２５０倍㊂随着距离远离钻孔，煤体渗透率与原始煤层渗透率比（ｋ／ｋ０）逐渐减小，最终趋近于１，即煤体渗透率等于原始煤层渗透率㊂随着造穴半径的增大，煤层增透范围增大，表明造穴半径越大，钻孔增透半径越大㊂如图４ｂ所示，钻孔增透半径随造穴孔半径呈线性增加，增透半径约为造穴半径的３．０９倍，说明瓦斯抽采影响半径随着造穴半径的增加而增大㊂同时，图４ｃ显示了不同造穴半径抽采１０ｄ后的煤层瓦斯压力，随着造穴半径增加，煤体瓦斯压力减小，且随着距离钻孔中心距离的增加瓦斯压力逐渐增大，最终趋近于恒定值（煤层原始瓦斯压力２ＭＰａ），表明通过水力钻扩造穴技术增加钻孔的半径可以对钻孔周围较大范围内的煤体进行卸压增透㊂图４㊀不同造穴半径钻孔周围渗透率㊁增透半径及瓦斯压力分布Ｆｉｇ．４㊀Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｍｅｎｔｚｏｎｅａｎｄｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｖｉｔａｔｉｏｎｒａｄｉｉ㊀㊀由图４可知，造穴半径越大，增透范围越大，越利于瓦斯抽采，但这并不表明现场工程实施时造穴半径越大越好，一方面造穴半径过大会造成单个钻孔的成本增加，另一方面造穴半径受技术和钻机的条件限制㊂由于现场施工过程中，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６ｍ，因此，结合现场条件，施工造穴半径采用０．６ｍ㊂２．３㊀钻孔间距对瓦斯抽采的影响井下煤层瓦斯抽采极其复杂，１个区域内有大量的抽采钻孔，因此钻孔间距是影响瓦斯抽采的１个重要因素㊂对于同１个抽采区域，钻孔间距越小，钻孔数量越多，同时抽采效率越高㊂但是钻孔数量的增加意味着成本的增加，因此，确定合理的钻孔间距是非常重要的㊂当钻孔半径为０．６０ｍ时，单个钻孔的增透半径为１．８５ｍ㊂为了使煤层的增透效果最优化，钻孔间距应为３．７０ｍ㊂然而，由于多孔抽采孔间互扰的影响，钻孔间距过小会降低每个钻孔的抽采效率㊂因此，为确定合理的钻孔间距，模拟了钻孔间距为３１０ｍ共８种工况下的瓦斯抽采情况㊂不同钻孔间距下抽采１０ｄ后煤层瓦斯压力云图如图５ａ所示，煤层中间监测线瓦斯压力分布如图５ｂ所示㊂根据图５可以看出，钻孔间距为３ｍ时，４个钻孔间煤层瓦斯压力最低，随着钻孔间距的增大，瓦斯图５㊀不同钻孔间距的煤层瓦斯压力分布Ｆｉｇ．５㊀Ｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ压力逐渐增加㊂以消除煤层突出危险性的瓦斯压力界限０．７４ＭＰａ为界，钻孔间距小于７ｍ均符合要求㊂不同钻孔间距下１０ｄ内的抽采瓦斯累积量（图６）㊂相同时间内，瓦斯抽采总量随着钻孔间距的增９７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷加而增加，但增加量逐渐减小㊂钻孔间距为３㊁４㊁５和６ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为２８９５．２８㊁３５３４．４７㊁４０９１．７５和４５０３．４４ｍ３，相比于前一种工况分别增加２２．０７％㊁１５．７７％和１０．０６％㊂钻孔间距为７㊁８㊁９和１０ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为４７８２．１３㊁４９４８．１５㊁５０３９．９８和５０７９．９８ｍ３，相比于前一种工况分别增加６．１９％㊁３．４７％㊁１．８６％和０．７９％㊂因此，为减少钻孔之间互相干扰的影响，若以增长率１０％为标准，合理的钻孔间距为６ｍ；若以增长率５％为标准，合理的钻孔间距为７ｍ㊂图６㊀不同钻孔间距的瓦斯抽采量Ｆｉｇ．６㊀Ｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｖｏｌｕｍｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ３　现场应用试验考察地点位于阳泉矿区寺家庄煤矿１５号煤层北翼辅助运输大巷㊂在巷道的掘进过程中，由于煤层的起伏，需要进行石门揭煤㊂揭煤区域全长２２０ｍ，平均煤厚５．４７ｍ，煤层原始瓦斯含量为８．２１１０．３８ｍ３／ｔ，煤层具有突出危险性㊂在大巷掘进前，沿着巷道方向分别布置普钻区和造穴区，以穿层钻孔的方式进行瓦斯抽采㊂普通钻孔区域长度为６５ｍ，钻孔间排距为５ｍ，布置１１４共１４排瓦斯抽采钻孔，每排含９个瓦斯抽采钻孔，巷道两侧钻孔布置范围分别为２０和１５ｍ㊂在普钻区之后，布置造穴钻孔区，钻孔区域长度为５０ｍ，巷道两侧钻孔布置范围不变㊂造穴区布置１５２５共１１排钻孔，钻孔排间距为５ｍ㊂在奇数排（１５㊁１７㊁１９㊁２１㊁２３㊁２５排）施工１㊁３㊁５㊁７㊁９号钻孔并进行水力钻扩造穴，在偶数排（１６㊁１８㊁２０㊁２２㊁２４排）施工２㊁４㊁６㊁８号钻孔并进行水力钻扩造穴㊂图７为普钻钻孔与造穴钻孔布置平面图和剖面图㊂造穴钻孔施工过程中，钻杆通过穿层钻孔的方式深入到巷道周围煤体内，同时打开高压水射流泵，高压水射流从钻冲两用钻头上的造穴喷嘴喷出，形成造穴孔洞，并在钻穴孔段中往复钻进－回退钻杆，通过水流的作用将破碎煤冲出孔洞㊂当孔洞出煤停止，冲出的水流变清时，停止造穴，从而实现煤体的高效卸压增透㊂巷道造穴区施工过程中造穴水压为１６２０ＭＰａ，平均水压约１８ＭＰａ；单穴造穴时间和出煤量分别为７０２９０ｍｉｎ㊁５１９ｔ；根据出煤量㊁煤层厚度和煤的密度计算出实际单穴造穴半径平均值为０．６５ｍ㊂然而，第２．２节确定的最优单穴造穴半径为０．６０ｍ，这是由于现场施工过程中采用机械和水力联合造穴，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６０ｍ，而高压水射流增大了造穴半径，因此实际造穴半径均大于设计的０．６０ｍ㊂图７㊀普钻钻孔与造穴钻孔布置平剖面示意Ｆｉｇ．７㊀Ｌａｙｏｕｔｏｆｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｓ０８王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期在寺家庄矿１５号煤层不同区域的瓦斯抽采过程中，对普钻区和造穴区的瓦斯抽采数据进行了计量，普钻区瓦斯抽采时间约６个月，造穴区瓦斯抽采时间约２个月㊂图８记录了瓦斯抽采措施实施６０ｄ以来，普钻区和造穴区的瓦斯抽采纯量和抽采浓度的情况㊂图８ａ表明，抽采过程中，普钻区瓦斯抽采纯量为０．１００．２５ｍ３／ｍｉｎ，而造穴区瓦斯抽采纯量为０．７５１．２６ｍ３／ｍｉｎ，明显高于普钻区，且修正后造穴区的平均瓦斯抽采纯量约为普钻区的５．７倍㊂图８ｂ表明，普钻区瓦斯抽采体积分数为１１％３８％，平均瓦斯抽采体积分数约２５％；而造穴区瓦斯抽采体积分数为２６％５８％，平均瓦斯抽采体积分数可达５０％，相对普钻区提高了２倍左右㊂图８㊀普钻区和造穴区瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度对比Ｆｉｇ．８㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｕｒｉｔｙａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｇａｓｄｒａｉｎｇａｇｅｉｎｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｈｏｌｅｓ北翼辅运底抽巷普通穿层钻孔和水力钻扩造穴钻孔瓦斯抽采技术的经济效益情况如图９所示㊂对普钻区进行６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；而对造穴区进行２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍；瓦斯抽采率由原来的２０．９％提高到目前的５６．４％，提高了约２．７倍；瓦斯抽采纯量由原来的０．１５ｍ３／ｍｉｎ提高到目前的０．８５ｍ３／ｍｉｎ，提高了约５．７倍㊂采用新技术之后，瓦斯抽采周期由原来的１８０ｄ降低为目前的６０ｄ（含钻孔施工过程中的瓦斯抽采）；钻孔施工工程量由原来的３．１ｋｍ（煤中进尺１５３９ｍ）降低为目前的约１．０６ｋｍ（煤层中进尺４７７ｍ）；５０ｍ长度区域的钻孔数量由原来的９９个减少为目前的５０个㊂以上结果均表明，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采经济效益显著提高㊂图９㊀瓦斯抽采技术经济效益对比分析Ｆｉｇ．９㊀Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ４㊀结㊀㊀论１）以弹性力学应变软化模型为基础建立了钻孔钻扩造穴后煤层的渗透率演化方程，分析了钻孔造穴的增透机理，并以扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础建立了穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂２）利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件求解了寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道对１５号煤层进行钻扩造穴情况，分析了造穴钻孔周围煤层渗透率分布和瓦斯抽采情况，并得出了合理的造穴半径０．６ｍ，钻孔间距６．０７．０ｍ㊂３）经现场工程试验１５号煤层的瓦斯抽采过程，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；普钻区经６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；造穴区经２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍，施工工程量和瓦斯抽采周期降低了约２倍㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＡＧＵＡＤＯＭＢＤ，ＮＩＣＩＥＺＡＣＧ．Ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔｓｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｓ，Ｒｉｏｓａ－ＯｌｌｏｎｉｅｇｏＣｏａｌｆｉｅｌｄ，Ｓｐａｉｎ［Ｊ］．Ｉｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２００７，６９（４）：２５３－２６６．［２］㊀ＰＡＮＺＪ，ＣＯＮＮＥＬＬＬＤ．Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｃｏａｌｒｅｓｅｒ⁃ｖｏｉｒｓ：ａｒｅｖｉｅｗｏｆａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｄａｔａ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａ⁃ｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１２，９２：１－４４．［３］㊀ＮＩＧｕａｎｈｕａ，ＤＯＮＧＫａｉ，ＬＩＳｈａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒ⁃ｉｓｔｉｃｓｅｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｃｏａｌ［Ｊ］．Ｆｕ⁃ｅｌ，２０１９，２３６（３）：１９０－２００．［４］㊀ＬＵＹｉｙｕ，ＬＩＵＹｏｎｇ，ＬＩＸｉａｏｈｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｌｏｎｇ１８２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｂｏｒｅｈｏｌｅｓｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｂｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｉｔｓｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１０，８４（２）：９４－１０２．［５］㊀王永革，令狐建设．地面井水力压裂增透技术在立井快速揭煤中的应用［Ｊ］．矿业安全与环保，２０２０，４７（５）：７７－８０．ＷＡＮＧＹｏｎｇｇｅ，ＬＩＮＧＨＵＪｉａｎｓｈｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｇｒｏｕｎｄｗｅｌｌｉｎｑｕｉｃｋｃｏａｌ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４７（５）：７７－８０．［６］㊀曹建军．超高压水力割缝卸压抽采区域防突技术应用研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（６）：８８－９４．ＣＡＯＪｉａｎｊｕｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｇｉｏｎａｌｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｌｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｒｅｌｉｅｆｄｒａｉｎａｇｅａｒｅａ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（６）：８８－９４．［７］㊀邓㊀强．水力压裂消突技术在低透气性煤层瓦斯治理的应用［Ｊ］．煤矿安全，２０２１，５２（１）：９８－１０２．ＤＥＮＧＱｉａｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｎｔｉ－ｏｕｔｂｕｒｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｇａｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０２１，５２（１）：９８－１０２．［８］㊀刘明举，崔㊀凯，刘彦伟，等．深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４５－４８．ＬＩＵＭｉｎｇｊｕ，ＣＵＩＫａｉ，ＬＩＵＹａｎｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅ⁃ｖｅｎｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｄｅｅｐａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４５－４８．［９］㊀王㊀峰，陶云奇，刘㊀东．水力冲孔卸压范围及瓦斯抽采规律研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，４５（１０）：９６－１００．ＷＡＮＧＦｅｎｇ，ＴＡＯＹｕｎｑｉ，ＬＩＵＤｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｅａｓｅｄｓｃｏｐｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇａｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｌａｗ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７，４５（１０）：９６－１００．［１０］㊀ＹＩＮＧｕａｎｇｚｈｉ，ＪＩＡＮＧＣｈａｎｇｂａｏ，ＷＡＮＧＪｉａｎｇｕｏ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｂｉｎｅｄＥｆｆｅｃｔｏｆＳｔｒｅｓｓ，Ｐｏｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｍｅｔｈａｎｅｐｅｒｍｅ⁃ａｂｉｌｉｔｙｉｎａｎｔｈｒａｃｉｔｅｃｏａｌ：ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｐｏｒｔｉｎＰｏｒｏｕｓＭｅｄｉａ，２０１３，１００（１）：１－１６．［１１］㊀ＷＡＮＧＳｈｕｇａｎｇ，ＥＬＳＷＯＲＴＨＤ，ＬＩＵＪｉｓｈａｎ．Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｉｎｔａｃｔｃｏａｌａｎｄｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｉｎ⁃ｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｓｅａｍｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０１３，５８：３４－４５．［１２］㊀刘㊀东，刘㊀文．水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．ＬＩＵＤｏｎｇ，ＬＩＵＷｅｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｈｙ⁃ｄｒａｕｌｉｃｓｔａｍｐｉｎｇａｎｄｈｙｄｒｏｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆａｎｄｐｅｒｍｅａ⁃ｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．［１３］㊀孙四清，张㊀俭，安鸿涛．松软突出煤层穿层洞穴完井钻孔瓦斯抽采实践［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．ＳＵＮＳｉｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎ，ＡＮＨｏｎｇｔａｏ．Ｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｗｉｔｈｃａｖｉｔｙｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｐａｓｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｓｏｆｔａｎｄｏｕｔｂｕｒｓｔｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．［１４］㊀杜昌华，冯仁俊．低透松软破碎厚煤层水力扩孔增透技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．ＤＵＣｈａｎｇｈｕａ，ＦＥＮＧＲｅｎｊｕｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｒｅａｍｉｎｇｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｏｆｔｆｒｉａｂｌｅｔｈｉｃｋｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．［１５］㊀牟全斌，赵继展．基于机械造穴的钻孔瓦斯强化抽采技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．ＭＯＵＱｕａｎｂｉｎ，ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｅｎｈａｎｃｅｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｇａｓｂａｓｅｄｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｒｅａｍｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．［１６］㊀郝从猛，刘洪永，程远平．穿层水力造穴钻孔瓦斯抽采效果数值模拟研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１７，４８（５）：１－４．ＨＡＯＣｏｎｇｍｅｎｇ，ＬＩＵＨｏｎｇｙｏｎｇ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｅｆｆｅｃｔｂｙｔｈｒｏｕｇｈ－ｂｅｄｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｈｏｌｅ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１７，４８（５）：１－４．［１７］㊀赵继展．井下瓦斯抽采钻孔机械造穴技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃａｖｉｔｙ－ｆｏｒｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｈｏｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎ⁃ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．［１８］㊀于宝种．松软低透煤层高压射流造穴强化抽采技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．ＹＵＢａｏｚｈｏｎｇ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｊｅｔｉｎｓｏｆｔａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．［１９］㊀张㊀浩．构造煤层掘进工作面区域性顺层水力造穴强化瓦斯抽采机理与工程应用［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０２０．［２０］㊀ＡＬＯＮＳＯＥ，ＡＬＥＪＡＮＯＬＲ，ＶＡＲＡＳＦ，ｅｔａｌ．Ｇｒｏｕｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｆｏｒｒｏｃｋｍａｓｓｅｓｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｕｒ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｆｏｒＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎｄＡｎａｌｙｔｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓｉｎＧｅ⁃ｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００３，２７（１３）：１１５３－１１８５．［２１］㊀ＨＡＪＩＡＢＤＯＬＭＡＪＩＤＶ，ＫＡＩＳＥＲＰ．Ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓｏｆｒｏｃｋａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｈａｒｄｒｏｃｋｔｕｎｎｅｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＴｒｅｎｃｈｌｅｓｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ，２００３，１８（１）：３５－４８．［２２］㊀ＬＥＥＹＫ，ＰＩＥＴＲＵＳＺＣＺＡＫＳ．Ａｎｅｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｆｏｒｅｌａｓｔｏ－ｐｌａｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｉｒｃｕｌａｒｏｐｅｎｉｎｇｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎａｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２３（５）：５８８－５９９．［２３］㊀ＬＡＢＵＺＪＦ，ＺＡＮＧＡ．Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂｆａｉｌｕｒｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎ［Ｊ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４５（６）：９７５－９７９．［２４］㊀ＳＯＭＥＲＴＯＮＷＨ，ＳＯＹＬＥＭＥＺＯＧＬＵＩＭ，ＤＵＤＬＥＹＲＣ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｅｓｓｏｎｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ＆ＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓＡｂｓｔｒａｃｔｓ，１９７５，１２：１２９－１４５．［２５］㊀ＷＡＮＧＪＡ，ＰＡＲＫＨＤ．Ｆｌｕｉｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｒｏｃｋｓｉｎａｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，２００２，６３（３／４）：２９１－３００．［２６］㊀ＡＮＦｅｎｇｈｕａ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｏｕｔｂｕｒｓｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｄｓｏｒｂｅｄｇａｓｏｎｃｏａｌｄｅ⁃ｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆Ｇｅｏｔｅｃｈ⁃ｎｉｃｓ，２０１３，５４（１０）：２２２－２３１．［２７］㊀ＰＥＲＥＲＡＭＳＡ，ＲＡＮＪＩＴＨＰＧ，ＣＨＯＩＳＫ，ｅｔａｌ．Ａｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｙｏｆｃｏａｌｍａｓｓａｎｄｃａｐｒｏｃｋｂｅｈａｖｉｏｕｒａｎｄｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｆｌｏｗｄｕｒｉｎｇａｎｄａｆｔｅｒｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１３，１０６（２）：１２９－１３８．［２８］㊀ＹＥＺｈｉｈｕｉ，ＣＨＥＮＤｏｎｇ，ＷＡＮＧＪＧ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｎ－Ｄａｒｃｙｅｆｆｅｃｔｉｎｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１４，１２１（２）：１－１０．２８。

瓦斯抽采--开题报告

根据实验室的实验和现场实践表明，煤体的渗透性对应力是非常敏感的。这是因为煤体中的裂隙和孔隙在外力作用下发生了闭合，导致煤体渗透性的变化；其中尤以裂隙为甚。同时煤体吸附瓦斯后，强度降低、塑性增加，更加剧了对应力的敏感程度。表现为随着气体的吸附性的增强，煤体的应力敏感度系数增大；随着孔隙压力的增大，煤体的应力敏感度也有所增大。煤层或岩层在矿井生产采掘工程的影响下，采掘工作面周围煤（岩）体中的应力场会发生变化，形成卸压（裂隙）带和应力集中带，更加剧了煤（岩）体的非均质性，对瓦斯的运移具有重大的影响。
河南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告
题目名称
XXX煤矿瓦斯抽放系统设计
学生姓名
专业班级安全工程08-源自1班学号一、选题的目的和意义：
1、大学四年我们已经学习了很多煤矿方面的专业知识，如《煤矿开采学》、《煤矿地质学》、《瓦斯地质学》、《通风安全学》、《瓦斯灾害防治》、《井巷工程》，通过本次毕业设计我们可以把所学的知识系统的运用到实际中去，有助于提高我们独立思考、分析、解决问题的能力；同时通过此次毕业设计，能促使我们进一步了解目前煤矿生产和安全现状，熟悉矿井生产的各个环节，从而为将来工作做准备。
周序号
工作内容
时间
1
第一章矿井概况
3.26~4.1
2
第二章矿井瓦斯赋存情况
4.2~4.8
3
第三章瓦斯抽放的可行性与必要性的论证
4.9~4.15
4
第四章抽放方法
4.16~4.22
5
第五章瓦斯抽放管路系统及设备选型
4.23~4.29
6
第六章经济概算
4.30~5.6
7
第七章安全技术措施
5.7~5.13
1、查阅收集的相关资料，熟悉该矿的基本情况：井田概况、井田地质特征、矿井开拓、开采概况、矿井通风系统概况，重点掌握该矿的3#煤层瓦斯基本参数，矿井瓦斯储量、矿井可抽瓦斯量及可抽期。

煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯工艺

技术方案
开始注水时，在前3～5分钟内必须缓慢增高水压至设计注水压力，注水泵应当设置卸压阀，调整该阀可保证压力平缓上升和减压；注水时，高压管路的水压比确定注水压力低30％以上时，可以结束注水；停泵时，注水泵应缓慢卸压。
改善效果
《煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯工艺》在不改变原有地应力状态下，通过高压水力作用，使得煤储层裂缝进一步扩张、延伸、相互联通，达到增透提高抽采效率的目的，增强煤层透气性、减少采掘工作面瓦斯涌出量，显著提升单孔抽采能力和抽采效果。提高抽放效率、缩短抽放时间、最大限度消除瓦斯灾害。井下煤层钻孔水力压裂可以增大煤层透气性，经试验表明，采用钻孔水力压裂后，煤层透气性系数增大8～10倍。井下煤层钻孔水力压裂后，钻孔瓦斯涌出量成倍增加，减少了掘进及回采期间的瓦斯涌出量，使掘进及回采期间的突出危险性几率减少。实施井下水力压裂后，煤层百米钻孔瓦斯流量成十倍级增长，减少了瓦斯抽放时间，为煤矿安全高效回采、掘进提供了宝贵时间及安全保障。
瓦斯治理方法众多，如区域治理措施中的保护层开采、地面采动区抽采等，但局限性大，效果差异悬殊。瓦斯治理主要手段为抽采，最常用的是把煤层作为抽采对象。但是，对于原生结构和碎裂煤而言，自身裂隙的连通性较差，且钻进过程中井田附近存在污染，如果不采取增透措施，抽采效果有限。突出煤层往往为渗透性极差、强度极低的碎粒煤和糜棱煤，直接从其中抽采瓦斯不仅钻进困难，而且抽采效果差，钻孔抽采半径非常小、封孔困难致使抽采瓦斯浓度难以长期稳定。往往以密集布孔、高工程投入为代价进行抽采。各种水力化措施，特别是水力挤出在煤巷掘进消突中起到了一定作用，但也存在不尽人意的方面。
技术方案
所述的本煤层穿层钻孔水力压裂为在煤层底板向煤层施工穿层的仰角水力压裂钻孔，当煤层厚度大于等于2米时，仰角水力压裂钻孔打至穿煤层1米，当煤层厚度小于2米时，仰角水力压裂钻孔打至刚揭露煤层时；在煤层顶板向煤层施工穿层的俯角水力压裂钻孔，俯角水力压裂钻孔贯穿煤层至煤层底板5米～10米处。所述的顶底板穿层钻孔水力压裂为在煤层顶底板巷中向煤层施工放射状的穿层钻孔至接近煤层30 毫米～50毫米。所述的顶底板顺层钻孔水力压裂为在距煤层30毫米～50毫米的顶底板中与煤层平行施工顺层钻孔。所述的本煤层穿层钻孔水力压裂应在煤体应力集中集中带以离3米～5米处进行封孔，确保封孔器与钻孔紧密接触。

采空区埋管抽采瓦斯治理效果研究

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ＳｔｕｄｙｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＥｆｆｅｃｔｓｏｆＧａｓＤｒａｉｎａｇｅＵｓｉｎｇＢｕｒｉｅｄＰｉｐｅｉｎＧｏａｆ
ＳｈａｎＧｕａｎｇｊｕｎ，ＱｉｎＪｉｎｈｕｉ
我国大多数矿井全矿瓦斯涌出的３０％为采空区瓦斯涌出，少数矿井超过５０％１－２］，因此，进行采空区瓦斯抽采是十分必要的。国内外有关学者和技术人员根据采面产量、风量、推进距离、瓦斯涌出量、
２０１４年第１期
中州煤炭
总第２１７期
采空区埋管抽采瓦斯治理效果研究
单广军。，秦金辉。
（１．河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作４５４００３；２．霍州煤电集团李雅庄煤矿，山西霍州０３１４００）
摘要：根据采空区上覆岩层 “ ０ ” 形圈分布原理以及埋管抽采工作原理，对李雅庄煤矿２２４工作面影响瓦斯抽
采效果的因素进行了分析，并对李雅庄煤矿埋管抽采瓦斯治理效果进行了预测；根据对抽采浓度、混合流量的分析，研究了李雅庄煤矿埋管抽采瓦斯治理效果，认为抽采钻孔是否布置在采动裂隙带内对瓦斯抽采效果有直接影响。关键词：瓦斯治理效果； “ ０” 形圈分布；采动裂隙；埋管抽采中图分类号：ＴＤ７１２．６文献标志码：Ａ文章编号：１００３ —０５０６（２０１４）Ｏ１ — ００４５— ０３

近距离煤层群综合立体式瓦斯抽采方法及效果分析

总第２１９期
扰因素多，将总流量按总钻孔长度换算成百米钻孑Ｌ
纯瓦斯流量。
２４２０２工作面轨道巷和胶带巷本煤层总抽采量随时
间变化关系如图２和图３所示。
由于靠近切眼１００ｍ内钻孑Ｌ交叉布置，间距不同，所以考察抽采钻孔涌出规律时，总钻孔长度要减去该范围的钻孑Ｌ长度和封孔长度，则总有效抽采长
度、衰减系数 … ，将观测的钻孔流量换算成百米钻
孑Ｌ流量：ｇ＝１００ｑ／Ｌ（１）
式中，ｇ、ｇ分别为百米钻孔和实际钻孔瓦斯涌出流量；Ｌ为孔深，或孑Ｌ深减去封孑Ｌ的深度。
采４、５煤层，北翼３、４煤大部分合并为１层。煤层群赋存间距小、瓦斯含量高，煤层透气性低，一层
开采，多层卸压，工作面瓦斯涌出量大。矿井绝对瓦斯涌出量高达５１０ｍ／ｍｉｎ，相对瓦斯涌出量高达１００ｍ／ｔ。为解决沙曲矿瓦斯超限和煤与瓦斯突出问题，实现近距离煤层群的安全生产，探索出沙曲煤矿高瓦斯突出煤层群瓦斯治理模式、管理模式，为整个山西地区瓦斯治理理念更新、先进技术的推广起
到积极的示范作用。
将钻孔瓦斯流量与时间按指数函数进行计算，

瓦斯抽采基本指标与瓦斯抽放规范

瓦斯事故危害大，消除瓦斯事故隐患花费高，
严重制约矿井高产、高效和生产规模发展。
瓦斯又是一种优质资源，对煤矿瓦斯进行抽放
并加以利用，可以给煤矿带来较好的经济效益。我国埋藏2000m以内瓦斯资源量相当于40Gt标准煤，按我国现有能耗标准，相当于我国约使用27 年的能源。
一、煤矿瓦斯抽采基本指标
20% 的矿井还得降低生产能力来达到标准规定的指标；
少数无法达到标准的矿井将予于关闭。时机成熟修改标准，提出更高要求。
一、煤矿瓦斯抽采基本指标
3、必须进行瓦斯抽采的矿井 --- 《规程》145条规定 a）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5 m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于 3 m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理时。 b）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于 40 m3／min；年产量 1.0~1.5 Mt 的矿井，大于 30 m3／min；年产量 0.6~1.0 Mt 的矿井，大于 25 m3／min ；年产量 0.4~0.6 Mt 的矿井，大于 20 m3／min ；

P0V0 PV T0 T
按MT/T 638规定测定瓦斯压力。按MT/T 77 规定测定瓦斯含量。瓦斯压力与瓦斯含量的关系。
监局要会同有关部门组织制订具体标准，并加强监督检查”。
一、煤矿瓦斯抽采基本指标
2、标准制定的原则
总体原则：促进煤矿安全生产、技术经济合理、便于监管。循序渐进原则：20～30% 的矿井能达到标准规定的指标； 50～60% 的矿井可以通过调整采掘部署、补足瓦斯抽采工程、保证抽采时间等措施达到标准规定的指标；10～
一、煤矿瓦斯抽采基本指标

为了有效遏制突出伤亡事故的发生，应尽可能的采取

亨元煤矿瓦斯抽采必要性与可行性分析

拓方式，矿井采用机械抽出式通风，主斜井和副斜井
煤层透气性系数为３７４—１．５。６煤层瓦．３９４８
斯吸附常数ａ＝３．４（ｔ，０６５ＭＰ）９２８ｍ／）ｂ＝．６（ａ；８煤层瓦斯吸附常数ａ＝３．８（ｔ，ｂ＝０６２６６１ｍ／）．９
２）钻孔瓦斯流量衰减系数、限流量、极透气性系数及煤的瓦斯吸附常数。测定瓦斯基础参数期间，层瓦斯衰减系数为煤
海拔１０１３ｍ，７．相对高差１２７ｍ。本井田地层平４．缓，陷落柱不发育，孔及生产中未发现断层及岩浆钻岩。亨元矿区东西长约２４５ｋ南北长约３５０．０ｍ，．５
进行瓦斯抽采，建议采取综合抽采的方法。关键词瓦斯涌出量预测；采必要性；采可行性抽抽
中图分类号：Ｄ１文献标识码：文章编号：６２— ６２２１）３— ０３— ４Ｔ７２Ｂ１７０５（０２００５０
１矿井概况
顶板岩性为砂质泥岩或砂岩。２瓦斯赋存基础参数的测定及瓦斯涌出量预测２１煤层瓦斯赋存基础参数．
享元煤矿位于山西省寿阳县城北，沁水煤田的北
部，田处于太原东山背斜之东南翼，曲一盂县纬井阳
ｍ一开采层厚度，ｍ；
一
工作面采高，ｍ；
一
煤层瓦斯含量，。ｔ取Ｗ＝９５ｔｉ／，ｏ．０ｉ／；ｎｎ

一种基于SF6煤矿瓦斯抽采半径确定方法

一种基于SF6煤矿瓦斯抽采半径确定方法发布时间：2023-04-10T03:08:24.790Z 来源：《科技潮》2023年3期作者：姚康[导读] 在我国煤矿事故中，瓦斯事故能占到事故发生总数的40%以上，是我国最严重的矿井灾害之一.河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作 454000摘要：为快速准确测量煤矿瓦斯抽采半径，确定布孔间距，采用SF6气体示踪法对顾北矿1232（3）工作面13-1煤层进行了测试，沿煤壁设置平行钻孔（20米）六个，选择一端钻孔作为SF6气体释放孔，其余为测量孔，每隔10分钟对五个测量孔进行取样，连续取样三小时并检测每次取样的SF6气体浓度，根据各测量孔的SF6气体浓度变化，即可确定瓦斯抽采半径。

结果表明，抽采3小时的瓦斯抽采半径为2.5米，并确定了SF6浓度检测的临界值：100PPb（10-10），当某测量孔SF6浓度低于该临界值时，即可视该测量孔为无效测量孔。

关键词：抽采半径，布孔间距，SF6气体，浓度检测临界值引言在我国煤矿事故中，瓦斯事故能占到事故发生总数的40%以上，是我国最严重的矿井灾害之一[1]。

因此确定合理的抽采钻孔间距，确保瓦斯抽采在相同的抽采负压下进行，提高抽采效率，就要准确的计算抽采半径。

对于此方面，国内学者做了大量的研究。

例如张飞燕[2]基于残存瓦斯含量对顺层钻孔抽采有效半径进行了数值模拟与现场测试，提出的阶梯式测定法得到残余瓦斯含量随钻孔间距的变化规律，得到了抽采60d和90d的有效抽采半径；苏学友[3]用压降法根据抽采一定时间后测压孔压力的变化来来确定抽采半径，并得到了7d~45d的瓦斯抽采有效影响半径，抽采时间越长，该抽采有效影响半径越大；郭勇飞[4]用瓦斯抽采流量法根据抽采的瓦斯总量来计算瓦斯有效抽采半径。

瓦斯含量降低法本质上等同于压力降低法和瓦斯抽采流量法[5]，但这几种方法封孔困难，工序复杂，测试时间长，得到的结果偏差较大。

气体示踪法作为一种新式抽采半径检测方法，也逐渐被应用。

浅谈煤矿井下抽采打钻全过程瓦斯防喷管理

浅谈煤矿井下抽采打钻全过程瓦斯防喷管理摘要：瓦斯是煤矿安全的第一隐患，是造成煤矿较大及以上事故的主要灾害，防范瓦斯超限是遏制瓦斯事故的关键环节和重要手段。

煤与瓦斯突出和按突出煤层管理的矿井应当严格落实2个“四位一体”综合防突措施和过程管控，严禁违规以顺层抽采代替穿层抽采、以局部措施代替区域措施；建立完善突出预警机制，发现瓦斯涌出异常、超限，以及喷孔、顶钻等动力现象时，必须立即停止作业、停电撤人、分析原因并采取有效治理措施。

发生瓦斯喷孔动力时，瓦斯涌出量骤增，使风流中瓦斯浓度超限、高速喷出的瓦斯及水渣可能推翻设备、携带大量煤渣喷出伤人，严重时会引发煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等诱发性重大事故。

因此，开展煤矿井下抽采打钻全过程瓦斯防喷管理十分必要，通过采取有效管理手段和措施控制此类事故发生，防患于未然，对于保障矿井安全生产具有重要的现实意义。

关键词：煤矿井下；抽采打钻；全过程；瓦斯防喷；管理1打钻防喷管理中存在的问题1.1客观面对的防喷条件开采强度和深度的增加，瓦斯地质条件进一步复杂化。

打钻区域地质条件复杂、煤岩特性多变、煤层松软极易造成塌孔、堵孔致使孔内瓦斯积聚、压力异常升高引起喷孔；近距离煤层群开采，邻近的煤岩层裂隙发育，富集水及游离态瓦斯，钻孔施工时造成水与瓦斯喷出。

1.2防喷措施在现场管理执行中存在的缺陷1.2.1封孔质量、固管环节可能存在的致喷因素1）打钻防喷装置封孔管封固质量环节，未达到2MPa带压注浆的压力，未充分封堵裂隙；2）注浆液的水灰配比没有满足配比标准和充分搅拌的要求；3）封孔候凝时间不足，急于施钻造成封孔质量强度下降；4）封孔管、钻杆安装同心度及间隙不能满足孔内顺畅排渣要求造成堵孔喷孔；5）封孔管或法兰接头未合为一体,喷孔时有喷脱孔口防喷装置的风险。

1.2.2防喷装备和安全防护设施不完善可能存在的致喷因素1）目前使用的打钻防喷装置、抽采连管存在容积小、结构不合理、材料强度低、连接不可靠等问题，难以有效防范高强度喷孔。

瓦斯抽采可行性研究报告

瓦斯抽采可行性研究报告一、引言随着石油和天然气资源的持续开采和利用，地下煤矿瓦斯成为了一种重要的清洁能源。

瓦斯抽采技术已经得到了广泛应用，通过抽采瓦斯不仅可以减少对环境的污染，还可以为企业带来经济收益。

然而，瓦斯抽采技术在不同地质条件下的可行性需要进行深入的研究和分析。

本报告旨在对瓦斯抽采技术的可行性进行研究，分析在不同地质条件下的应用前景和经济效益，为相关企业和政府部门提供决策参考。

二、瓦斯抽采技术概述瓦斯抽采技术是指利用特定的设备和方法将地下煤矿中的瓦斯抽出来，经过净化处理后，可以作为清洁能源供应给周边地区或工业企业。

瓦斯抽采技术的主要步骤包括瓦斯井钻探和抽采设备的安装，对抽采出的瓦斯进行净化处理，最终输送到指定地点供应或者转化为其他形式的能源。

在瓦斯抽采技术的应用过程中，需要考虑地质条件、瓦斯产量、设备投资和运营成本等因素，以确定技术的可行性和经济效益。

三、瓦斯抽采技术的应用现状和前景目前，瓦斯抽采技术已经在煤矿和其他地下资源开采领域得到了广泛的应用。

特别是在煤矿企业中，瓦斯抽采技术对于安全生产和环境保护至关重要。

随着能源需求的增加和环境保护的要求，瓦斯抽采技术的应用前景非常广阔。

未来，在新能源产业和清洁能源供应领域，瓦斯抽采技术也将会有更大的应用空间。

在城市燃气供应和工业用气方面，瓦斯抽采技术可以成为一种重要的补充能源，为社会提供更清洁和可持续的能源供应。

四、瓦斯抽采技术在不同地质条件下的可行性分析1. 天然气层在天然气层的瓦斯抽采中，地下瓦斯的产量和质量决定了技术的可行性和经济效益。

一般来说，瓦斯产量越高、质量越好的天然气层，瓦斯抽采技术的应用前景越广阔。

同时，在天然气层瓦斯抽采中，需要考虑地质构造和渗透性等因素，以确定抽采设备的布置和运行参数。

2. 煤矿瓦斯煤矿瓦斯抽采是瓦斯抽采技术的主要应用领域之一。

煤矿瓦斯的产量和质量取决于煤矿的地质条件和开采方式。

在煤矿瓦斯抽采中，需要考虑矿井的地质构造、水文地质条件、煤层气含量和瓦斯抽采设备的选型等因素，以确定瓦斯抽采技术的可行性和经济效益。

瓦斯抽采管道连接方式的改进及应用

式中， —— 流体的水头损失，ｍ；卜局部阻力系数，对于不同的局部装置，有不同
的值；
— —
负压来驱动气体通过软管、支管、主管流向泵站，最终将
钻孔深处的瓦斯抽采出来。
１１垂直连接方式的理论分析．
瓦斯在管路内的流动属于工程流体力学的不均匀流动的范畴，各种局部阻力的形成原因很复杂，在流体力学中常以管径突然扩大的水头损失计算公式（）１作为通用的计算
ＩｐｏｅｅｎｄＡｐｉａｉｎｆＰｉｅｉｎｎｃｉｎｍｒｖｍｎｔａｐｌｔｏｏｐｌｎｅＣｏｅｔｏｃＭｏｏｓＤｒｉａｅｄｅｆｒＧａａｎｇ
ＺＡＧＱｎＨＮｕ
（ｃｏｌｆａｅｃｅｃｎｎｉｅｒｇＳｈｏｏｆｔＳｉｅａｄＥｇｎｅｎ，ＨｅａｏｔｃｎｃＵｉｅｓｙｉｚｏ４４０ＳｙｎｉｎｎＰｌｅｈｉｎｖｒｉ，Ｊａｕ５００，Ｃｉａｙｔｏｈｎ）
２１０第５期１年
煤
炭
工
程
瓦斯抽采管道连接方式的改进及应用
张群
（河５００
摘
要：为了改进煤矿瓦斯抽采管路的连接方式，文章以山西潞安余唔煤矿为例，根据煤矿
瓦斯抽采指标的考核要求和抽采原理，运用Ｘ程流体力学的知识，改进了该矿井下钻孔到抽采管－－
态演示。
支管支管
１瓦斯抽采管路连接现状分析与施工中问题所在

大孔径高位钻孔抽采瓦斯技术研究

ｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｄｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｕｓｉｎｇｌａｒｇｅａｐｅｒｔｕｒｅｈｉｇｈｌｅｖｅｌｂｏｒｅｈｏｌｅ．Ｔｈｅｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｌｅｖｅｌｂｏｒｅｈｏｌｅｌａｙｏｕｔｗｉｔｈｉｎｒｅａｓｏｎｉｓａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｗｉｔｈａｃｃｕｒａｃｙｏｆｆｉｓｓｕｒｅｄｚｏｎｅｂｏｕｎｄａｒｙ，ｗｈｉｃｈｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｅｆｆｅｃｔｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｆｉｓｓｕｒｅｄｚｏｎｅｂｏｕｎｄａｒｙｌｏｃａｔｅｄｏｎｔｈｅｔｏｐｏｆｃｏａｌｂｅｄｆｒｏｍ６．５９ｍｔｏ４６．２４ｍｂｙｕｓｉｎｇｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｋｅｙｓｔｒａｔｕｍｔｈｅｏｒｙ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｗａｓｃｈｅｃｋｅｄｕｐｂｙｕｓｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｆｉｅｌｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｕｓｉｎｇｌａｒｇｅａｐｅｒｔｕｒｅｈｉｇｈｌｅｖｅｌｂｏｒｅｈｏｌｅａｃｈｉｅｖｅｓｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔ，ａｖｅｒａｇｅｄｒａｉｎａｇｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓ３７．３ａｎｄａｖｅｒａｇｅ

单一低透气性煤层抽采钻孔参数优化探讨

中图分类号：Ｄ１．２Ｔ７２６１文献标识码：Ｂ文章编号：０５２９（０１１ — ０５０１０．７８２１００４ — ３Ｊ
近些年来，随着开采深度的增加，层瓦斯含量煤和地应力也逐渐加大，井瓦斯问题成为影响煤矿矿安全生产的关键因素，纯采用通风已经不能解决单
２３抽采数据分析．
２数据统计分析
２１工作面概况．
前面总结了瓦斯抽采影响参数随着抽采时间的增加的变化情况，且对鹤煤六矿的瓦斯抽采情况并
为了优化鹤煤六矿瓦斯抽采参数，以便针对当前情况进行优化设计，本文实验地点选在了２４底１５板抽放巷。２４１５工作面位于六矿北翼１区，面４采地
一一
煤层开采的高瓦斯涌出问题。现阶段煤矿瓦斯抽采已经成为解决高瓦斯涌出，除瓦斯突出危险源和消防治灾害事故的根本性措施，瓦斯灾害防治方面在
起到了较好的防突和综合治理瓦斯的作用。在规定
煤的坚固性系数为０２。．４自２００６年１至２００月０９年１０月２４１５底抽巷施工了大量的穿层钻孔和顺层钻孔，带抽１９７９个穿层钻孑，Ｌ带抽钻孔工程量５５．（抽煤孔长８５６４ｉ带ｎ度为１２．。其中上帮施工３９９７５ｍ）５个钻场，个每钻场扇形布置２排共６个钻孔，终孔间距５ｍ；帮下施工钻场３８个，个钻场扇形布置３排共９个钻每孔，钻孔终孔间距５ｎ；保证２４ｌ为１５底抽巷四横川揭煤安全，四横川位置施工了４排共２在８个钻孔，钻孔呈网格状布孔，底间距２～ｌ孔５Ｉ。ｌ２２抽采钻孔参数统计．众所周知，米钻孔抽放量、放纯量、放浓百抽抽度以及抽放负压是衡量瓦斯抽采效果好坏的指标Ｊ。本文特意对抽放队打钻钻孔台账以及现场

瓦斯含量和瓦斯压力测定

煤层瓦斯含量与瓦斯压力测定
王兆丰
河南省特聘教授、河南理工大学博导，研究员，煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心常务副主任，瓦斯防治技术与装备研究所所长。
国家安全生产专家，中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会副主任委员，河南省职业安全健康协会副理事长。
联系电话：电子邮箱：
内容提要
一、瓦斯含量与瓦斯压力测定的重要性二、煤层瓦斯压力测定方法三、煤层瓦斯含量测定方法
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
Xl(cm3/g．r)
12
8
4
0
0
200
400
600
800
1000
h(1m2)00
存在问题：瓦斯含量测值随深度增加而减少
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
14 G
N 2 15
16
d
F 13
18 c
E
b 10
Ⅱ
11 Ⅰ
19
9
A
B
5 3
4
D
C
2
17 12
a 87
2.瓦斯治理的需要
❖ 煤矿通风设计 ❖ 矿井瓦斯涌出量预测 ❖ 瓦斯突出防治 ❖ 煤矿井下瓦斯抽采
一、瓦斯压力（含量）测定的重要性
3.瓦斯资源开发利用的需要
❖ 煤矿瓦斯抽采系统设计 ❖ 煤层气商业开发 ❖ 瓦斯（煤层气）利用设计
二、煤层瓦斯含量测定
瓦斯含量测定方法
直接法
地勘方法井下方法
解吸法密闭法集气法
钻屑采集方法与器具要求：钻屑采自原始煤体，孔深超过10m
二、煤层瓦斯含量测定
（2）钻屑解吸法
测定步骤：
（1）采样：孔口取样，粒度为1～3mm，煤样100～ 200g

关于解吸法测定煤层瓦斯含量中损失量计算的讨论

关于解吸法测定煤层瓦斯含量中损失量计算的讨论雷咸锐;李恒乐;侯海海【摘要】At present, as a method in mensurating coal seam gas content, the desorption has been widely applied in many mine areas. However, a lot of practices show that this method still exists some problems, especially in the aspect of gas loss compensation. This paper focuses on the analysis of the problems about loss calculation in mensurating coal seam gas by desorption, and advances a improved method.%目前,解吸法作为测定煤层瓦斯含量的方法在各个矿区都已得到广泛应用。

然而,大量的实践表明,此方法仍然存在着一些问题,特别在瓦斯损失量的补偿方面。

本文主要对解吸法测试煤层瓦斯含量时关于损失量计算出现的问题进行了分析,并提出了改进方法。

【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】3页(P57-59)【关键词】解吸法;瓦斯含量;损失瓦斯量;改进【作者】雷咸锐;李恒乐;侯海海【作者单位】河南理工大学瓦斯地质研究所,河南焦作454003;河南理工大学瓦斯地质研究所,河南焦作454003;河南理工大学瓦斯地质研究所,河南焦作454003【正文语种】中文【中图分类】TD712.3煤层瓦斯含量是煤层瓦斯主要参数之一，是进行矿井通风设计、矿井瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出预测、瓦斯抽采等工作的重要基础参数[1]。

然而，大量的实践证明，实测的许多瓦斯含量值显然并不准确，有些与实际相差甚远，甚至失去利用价值。