基于COMSOL的瓦斯抽采半径数值模拟
瓦斯隧道快速揭煤钻孔布置优化设计新方法
（a）传统钻孔布置方式（b）三花眼钻孔布置方式图1 煤层钻孔布置图图2 圆内接六边形绘制过程图作图步骤：（1）绘制有效抽采半径为R的圆O。
作圆O的圆内接六边形ABCDEF。
（2）连接线段AC，线段EF，作相切线段ACEF，有效抽采半径为R的圆J。
（3）连接线段BD，作相切于线段AC和线段有效抽采半径为R的圆K。
（4）依次连接各线段，依据相同作法，作圆L，I，即圆内接六边形钻孔布置图。
传统钻孔布置间距过大会形成瓦斯抽采空白带，导致部分区域瓦斯含量和瓦斯压力未降到安全值，影响施工过程安全生产。
钻孔布置间距过小，会造成钻孔数量增多，从而导致部分区域重复抽采，造成大量资源的浪费。
本次优化依据分析同一区域上的钻孔数量和抽采面积冗余度进行分析，优选出最佳实施方案。
抽采钻孔个数分析图3 圆内接四边形钻孔布置圆内接四边形为消除图1a沿煤层走向单排布置钻孔，沿煤层倾向单排布置n个钻孔所形成的空白带，需要沿煤层走向单排需多布置（m-1）个，沿煤层倾向单排需多布置（n-1）个，则圆内接四边形钻孔数量1mn m n−−+式中，Y为钻孔数量，个；m为沿煤层走向单排布置钻孔数量，个；n为沿煤层倾向单排布置钻孔数量，个。
（2）作圆内接六边形的钻孔布置方式，确定优化钻由图4几何关系可知三角形MNQ为等边三角形，故根据几何关系求得NQ=3R，MP=1.5R，煤层沿走向，倾向的布孔数分别为：M、N、Q-有效抽采半径的圆心O-M、N、Q为圆心的三个圆的交点，P-线段NQ交点图4 圆内接六边形钻孔布置(1)22=(1)33m R mR−×−（2）(1)24(1)1.53n R nR−×=−（3）式中，R为有效抽采半径，m。
式（2）和式（3）相乘得到圆内接六边形钻孔数量：8(1)33Y mn m n−−+（4）（3）作圆内接八边形钻孔布置方式，利用圆内接八边形优化钻孔间距（图5所示）可确定圆内接八边形优化钻孔个数。
依据相同的构造几何关系方式，易求得圆内接八边形构造的三角形为顶角（∠WUV）为45°的等腰三角形。
定向长钻孔孔内负压分布及其有效抽采半径研究
霍晶晶;王斌宇;吴泽平
【期刊名称】《煤炭技术》
【年(卷),期】2024(43)4
【摘 要】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。
【总页数】5页(P204-208)
【作 者】霍晶晶;王斌宇;吴泽平
【作者单位】潞安化工集团寺家庄公司;河南理工大学安全科学与工程学院
【正文语种】中 文
【中图分类】TD712
【相关文献】Βιβλιοθήκη 1.突出煤层瓦斯抽采钻孔有效半径与孔壁变形关系研究2.负角度定向长钻孔瓦斯抽采完孔工艺研究3.群孔瓦斯抽采钻孔有效抽采半径的模拟与优化4.坚硬顶板定向长钻孔水力压裂卸压瓦斯抽采研究5.顺层钻孔有效抽采半径影响因素及布孔间距研究
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高位钻孔瓦斯抽采参数的优化
高位钻孔瓦斯抽采参数的优化
张国华;柳杨;李子波;李豫波;荆珂
【期刊名称】《黑龙江科技大学学报》
【年(卷),期】2024(34)2
【摘要】为防治综采工作面上隅角瓦斯超限,提高瓦斯抽采效率,以平岗煤矿为例对象,依据采动裂隙“O”形圈理论确定高位钻场及钻孔位置,采用COMSOL模拟软件分析钻孔参数对瓦斯抽采效果的影响,优化钻孔参数,并进行现场应用。
结果表明:高位钻场位置为煤层上方20 m,钻场间距70 m,压茬长度不小于35 m,钻孔平距不大于37 m;钻孔仰角控制在-3°~6°,钻孔方位角控制在0°~16°,钻孔数量为4;现场应用表明,经钻孔抽采参数优化,抽采瓦斯纯流量由3.8 m^(3)/min提升至8.1
m^(3)/min;钻孔抽取瓦斯浓度由17.53%增加到45.99%,工作面上隅角瓦斯浓度由0.94%下降到0.33%,工作面瓦斯浓度由0.88%减少到0.27%,回风巷瓦斯浓度由0.83%下降到0.24%。
【总页数】9页(P163-170)
【作者】张国华;柳杨;李子波;李豫波;荆珂
【作者单位】黑龙江科技大学;黑龙江科技大学矿业工程学院;黑龙江科技大学安全工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
【相关文献】
1.顶板来压规律对高位钻孔瓦斯抽采浓度的影响及抽采钻孔参数优化
2.瓦斯抽采高位钻孔参数优化技术研究与应用
3.水压预裂工作面瓦斯抽采高位钻孔参数优化及应用
4.综放工作面高位瓦斯抽采钻孔布置参数优化
5.基于主应力判定的高位钻孔抽采瓦斯参数优化研究
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瓦斯抽放钻孔有效性抽放半径的测定方法
瓦斯抽放钻孔有效性抽放半径的测定方法
目前应用的钻孔瓦斯抽放影响半径的测试方法主要有钻孔测试法和计算机模拟法及二者相结合的方法。
在有效性指标的确定上，钻孔测试法国内外采用的指标主要有以下三种：瓦斯压力指标、瓦斯含量指标、相对瓦斯压力指标。
计算机模拟法主要应用的指标有含量指标和压力指标。
压力指标法
用压力指标来测定钻孔的有效半径的方法：首先在煤层打一排测压孔，如图l 所示( 2 、3 、4 ⋯⋯均为测压孔，d 、d ⋯⋯d 为相邻测压孔之间的距离) ；然后在测压孔上装入压力表，再将测压孔封闭严密，当压力稳定后在2号孔一侧打抽放钻孔，为1 号孔，并在1 号孔进行抽放，定期观察测压孔的瓦斯压力。
如果n( n = 2 、3 ⋯⋯n) 号测压孔以及a号测压孔之前的测压孔的压力均小于预抽瓦斯有效性指标，而。
号孔之后的测压孔的压力大于P0，那么d = d + d2 + d3+ ⋯⋯+ d a，这里的d 就是钻孔的有效抽放半径。
1
图
根据进行瓦斯含量测定同时进行的瓦斯压力测定结果显示，抽放钻孔间距三米完全符合压力指标测定钻孔有效半径控制范围，11332运输巷和回风巷所施工钻孔控制范围符合有效半径控制要求。
基于COMSOL的采空区瓦斯抽采数值模拟研究
基于COMSOL的采空区瓦斯抽采数值模拟研究胡延伟;孙路路;江城浩;黄腾瑶;陈连军【摘要】为了研究采空区内瓦斯达到稳定后的分布规律,从而确定瓦斯抽采巷道的位置,结合孔庄煤矿7433工作面实例,基于“O型圈”理论,采用分块赋值孔隙率的方法,通过COMSOL有限元分析软件对采空区瓦斯分布规律进行了数值模拟.模拟结果表明:工作面漏风不断流入采空区与瓦斯持续解吸涌出形成了1个动态平衡结果;7433工作面回采至180 m处时瓦斯富集,可以确定瓦斯抽采巷处于裂隙带上,瓦斯抽采巷道内错距离在10～30 m范围时抽采效果达到最优.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)005【总页数】5页(P167-170,174)【关键词】采空区;瓦斯分布;瓦斯抽采;瓦斯涌出;数值模拟【作者】胡延伟;孙路路;江城浩;黄腾瑶;陈连军【作者单位】山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TD712随着我国煤矿开采逐渐向深部发展，地质环境受多种因素影响，瓦斯已经成为威胁煤矿安全生产及工人生命安全的最重要因素[1-3]。
瓦斯抽采是防治瓦斯灾害的主要技术措施之一，但由于相应的瓦斯抽采理论的匮乏以及研究手段的制约，导致采空区瓦斯抽采这一手段的利用相对滞后，尤其是对位于工作面后方的采空区，其具有人员不能进入且很难被常规方法处理的特殊性及困难性，应用模拟仿真的方法来解决这一问题已经成为当前研究领域一种主流研究方法[4-6]，除此以外采空区内的瓦斯涌出运移过程极其其复杂，往往涉及到高阶非线性的偏微分方程，针对以上所提主要问题，采用多物理场仿真模拟软件COMSOL Multiphysics来模拟[7]采空区内瓦斯动态平衡后的分布规律，为确定采空区瓦斯治理提供依据使采空区瓦斯分布规律特征的理论讨论更趋向于完善。
comsol软件文档资料集锦(四)
瓦斯流动特征出发，采用数值模拟方法对保护层工作面上覆岩层和被保护层
应力分布、瓦斯运移规律进行深入研究，并利用平面应变压缩实验得出了二1 煤应力作用下煤体渗透性特征。在此基础上，结合瓦斯卸压流动理论，构建
了基于COMSOL的近距离下保护层开采瓦斯流动耦合模型；通过孔隙度、孔隙
压力传递煤层变形与瓦斯运移之间耦合作用，将Navier-Stokes和Brinkman
于封孔、测试过程繁琐等缺点,能够简便且较准确的确定抽采有效半径,为工
程实际提供理论依据。
11.基于COMSOL的波纹管孔道压浆缺陷仿真分析
通过超声波信号检测波纹管孔道压浆密实度,运用COMSOL Multiphysics软件 对有无空气泡缺陷及不同空气泡缺陷位置的4种模型进行了仿真.研究了4种模 型对接收透射信号时域波形及频谱的影响及不同模型对接收信号能量的影响. 结果表明,在无缺陷的钢绞线模型中,超声波能量主要集中在钢绞线的中后方; 在有缺陷钢绞线模型中,超声波能量主要集中在空气泡缺陷的左方.换能器接 收到的无缺陷模型信号的时频域幅值远大于有缺陷模型的幅值,不同位置处的 空气泡缺陷模型接收的时频域信号幅值相差不大,该方法可以有效地判断出孔 道中有无缺陷.
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流动形式与瓦斯扩散的菲克定律有机联系在一起；利用COMSOL Multiphysics 软件求解得到整个流场瓦斯分布与运移规律，并实现了结果的可视化；利用
该模型对豫西矿区不同覆岩条件下保护层开采效果进行预测，证明了模型的
合理性，并将模型扩展应用到瓦斯专排巷的位置选择、工作面通风方式优劣 的对比判断中。
comsol软件文档资料集锦 （四）
更新时间：2014-12-10
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不同负压下软硬煤有效抽放影响半径的数值模拟
钻孔在预抽煤层瓦斯时， 在煤层瓦斯压力和孔 底负压的共同作用下， 钻孔周围煤体的瓦斯不断进 入钻孔被抽走， 形成以钻孔中线为轴心的类似圆形 的抽放影响圈， 抽放影响圈的半径称之为抽放影响 半径 法
［1 ］
理论， 使用者可以利用现有的模块进行任意多物理 场耦合， 也可以进行 2 次开发解决其它偏微分方程， 是直接针对偏微分方程为研究对象的大型仿真软 件。所以源自择 Comsol 软件进行数值模拟。
YANG Hong － min，RAN Yong － jin，XIA Hui － hui ( School of Safety Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003 ，China) Abstract : The effective extraction influence radius is an important pursuance on determining the borehole layout parameters and evaluating drainage effect，accurate determination of which has important value in coal and gas outburst prevention． In order to determine the reasonable parameters of gas drainage for No． 2 1 coal seam in Jiulishan coal mine，it implements calculation and comparative analysis for effective extraction influence radius of soft and hard coal under different negative pressure by using the numerical simulation． Key words: negative pressure; numerical simulation; effective extraction influence radius
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。
煤层钻孔瓦斯抽采效果影响因素分析
煤层钻孔瓦斯抽采效果影响因素分析摘要：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。
关键词：煤层钻孔；瓦斯抽采；效果；影响因素；分析1瓦斯流动的流固耦合模型考虑有效应力平衡方程以及本构方程可以得到煤体的变形控制方程见式（１）。
式中：Ｇ为剪切模量；ｕｉ，ｋｋ为ｘ方向上的位移分量；ｕｋ，ｉｉ为ｙ方向上的位移分量；ｖ为泊松比；α为Ｂｉｏｔ数；ｐ，ｉ为孔隙压力；Ｋ为体积模量；εＬ为Ｌａｎｇｍｕｉｒ体积应变；ＰＬ为Ｌａｎｇｍｕｉｒ压力常数；ｆ，ｉ为体力。
考虑吸附瓦斯与游离瓦斯，结合达西定律以及气体质量平衡方程得到瓦斯流动控制方程见式（２）。
式中：ｐ为瓦斯压力；ｔ为时间；ρｃ为煤体密度；ｋ为渗透率；μ为瓦斯动力黏度。
忽略煤层内瓦斯压力变化而引起的煤固体颗粒的体积变化，煤层渗透率以及煤层孔隙率见式（３）。
式中：φ０为初始孔隙率；εｖ为煤基质的体积应变。
式（３）与式（４）为耦合项，联立式（１）～式（４），即可得到考虑煤体变形与瓦斯流动的流固耦合模型。
式中，ｋ０为初始渗透率。
2数值模型采用ＣＯＭＳＯＬ数值模拟软件，选取偏微分方程、多孔介质模块以及固体力学模块，按照式（１）～式（４）定义所需参数，即可将瓦斯流动的流固耦合模型应用到模拟计算中，分析不同初始条件下瓦斯抽采效果，数值模拟区域尺寸为长度为３０ｍ×５ｍ，钻孔位于模型中央位置。
数值模拟在采矿工程中的应用
数值模拟在采矿工程中的应用介绍在采矿工程中，数值模拟是一种重要的工具，用于模拟和预测矿山开采过程中的各种物理现象和工程问题。
通过建立数学模型和运用数值计算方法，数值模拟可以帮助工程师和矿业专家更好地理解矿山开采过程中的挑战和潜在风险，从而制定有效的工程方案和管理策略。
本文将全面、详细、完整地探讨数值模拟在采矿工程中的应用。
采矿工程中的数值模拟应用1. 岩石力学分析1.1 应力分布模拟 1.2 变形和位移模拟 1.3 初始应力场确定 1.4 支护结构模拟2. 瓦斯抽采模拟2.1 瓦斯涌出规律模拟 2.2 瓦斯扩散与稀释模拟 2.3 瓦斯抽采效果模拟 2.4 煤与瓦斯突出模拟3. 坍塌与冒顶模拟3.1 坍塌机理模拟 3.2 支护结构选型与设计模拟 3.3 冒顶预测与治理模拟 3.4 冒顶风险评估模拟4. 矿井水文地质模拟4.1 地下水涌出模拟 4.2 矿井涌水分析模拟 4.3 围岩渗流场模拟 4.4 围岩稳定性评估模拟数值模拟方法和工具1. 有限元分析1.1 原理和基本步骤 1.2 应用案例分析2. 离散元法2.1 原理和基本步骤 2.2 应用案例分析3. 流体力学模拟3.1 瓦斯和水流动模拟 3.2 坍塌和冒顶模拟 3.3 支护结构与地下水模拟数值模拟在采矿工程中的优势和挑战1. 优势1.1 减少实地试验成本 1.2 提高工程设计的准确性 1.3 优化工程方案和管理策略1.4 预测和控制工程风险2. 挑战2.1 数值模型的建立与验证 2.2 参数与输入数据的准确性 2.3 模型计算复杂度与计算资源需求 2.4 模型结果的解释与应用数值模拟在采矿工程中的现实应用与案例分析1. 煤矿坍塌预测模拟1.1 模拟案例介绍 1.2 模拟方法和工具 1.3 模拟结果和分析2. 高瓦斯矿井瓦斯抽采模拟2.1 模拟案例介绍 2.2 模拟方法和工具 2.3 模拟结果和分析3. 深部金属矿山地压控制模拟3.1 模拟案例介绍 3.2 模拟方法和工具 3.3 模拟结果和分析4. 地下水涌出和水害模拟4.1 模拟案例介绍 4.2 模拟方法和工具 4.3 模拟结果和分析结论数值模拟在采矿工程中具有重要地位和应用前景。
倾斜高瓦斯煤层抽采条件下采空区漏风规律数值模拟
第41卷第1期西安科技大学学报2021年1月JOURNAL OF XV AN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vci.41No.6 Jan.2021姜亦武，杨俊生,赵鹏翔，等•倾斜高瓦斯煤层抽采条件下采空区漏风规律数值模拟[].西安科技大学学报,2021,41(1):46 -542JIANG Yiwu,YANG JunsUeng,ZHAO Peohxiang, et at.Numeric a t simulation of air leak a ye law in goU under gas extraction of inclined high gas coot seam[J].Journai of Xi'an University of Science and TechnoWay,2021,41(1)：46-54.倾斜高瓦斯煤层抽采条件下采空区漏风规律数值模拟姜亦武4,杨俊生4,赵鹏翔3,贺海瑞4,郝建池3,杨雪凤4(8兖矿新疆能化有限公司新疆乌鲁木齐830002；2.兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿，新疆昌吉83112；3.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安710054)摘要：为研究高瓦斯易自燃煤层采空区漏风规律，运用理论分析及数值模拟相结合的方法，开展不同伪斜长度、有无高位钻孔布置以及不同抽采负压条件下采空区氧浓度分布及漏风速率研究。
结果表明：无伪斜工作面的氧浓度减小速率大于有伪斜工作面，有伪斜工作面进风侧漏风速率明显大于回风侧，但中部漏风速率均大于工作面两侧；采空区布置高位钻孔抽采瓦斯时，其回风侧漏风程度明显增大，同时增加了3%~15%氧浓度的分布范围,但对进风巷道内氧浓度的变化规律几乎无影响。
增大抽采负压时，采空区漏风流场整体向回风侧加大，采空区漏风流场与抽采负压变化成正比，但整体漏风流场宽度基本保持一致。
同时，增大抽采负压对回风侧氧浓度分布范围起到极大的促进作用，其氧化升温带增大12~23m。
基于COMSOL Muhiphysics的瓦斯抽采有效半径数值模拟
４ 瓦斯 在 煤 层 中 的流 动 为 层 流 运 动 ， 循 达 西 ） 遵 定律． １ ２ 钻 孔 瓦斯 流动模 型 的建 立 ．
根据 质 量守 恒定 律 ， 层 瓦斯 流动方 程 可表示 为 煤
２ ２ 几何 模型 的建 立 ． ＋ ． ｐ． ）：０． （ （） １ 由于 试 验 矿 井 瓦斯 压 力 较 低 （ ． ５ ＭＰ ） 按 照 ０ ６ ａ ，
抽采技术措施 ， 在降低工作面煤层瓦斯方面起着至关
重要 的作 用 ， 而本煤 层 钻 孔 的设 计 和布 置 的 主要 依 据 是 钻孔 的抽 采有效 半 径 ． 采有 效 半 径 是 指在 预抽 煤 抽
层 瓦斯 时 ， 煤层 瓦斯 压 力 梯 度 和钻 孔 抽 采 负 压 的共 在
同影 响作用 下 ， 孔 周 围煤 体 内的 瓦斯 不 断进 入钻 孔 钻 而被抽 走 ， 形成 了一 个 以钻 孔 为 中心 的类 圆形 的影 响 区域 工． ｊ抽采 有 效 半 径 是 影 响顺 层 钻 孔 预抽 瓦斯 效 果 的主要 因素 ， 直接 关 系 到预 抽 钻 孔 布置 密 度 和 预抽
时 间 的长 短． 采有 效半 径确定 过 大 ， 么在抽 采钻 孔 抽 那 之 间会形 成抽 采空 白区 ， 给安 全 生 产 带来 了极 大 的 事
１ 数 学模 型 的建 立
１ １ 基本假 设 ．
故隐患 ； 若抽采有效半径确定过小 ， 虽然会在一定程度 上提高瓦斯抽采率 ， 增大瓦斯抽采量 ， 但这也增加了不 必要 的钻孔施工量 ， 增加不必要的成本负担 ． Ｊ因此 ，
采 工作 中起着 至关 重要 的作用 ．
传统的钻孑 抽采半径测试方法均存在一定 的弊 Ｌ
端 ］例如 ： ， 压降 法测定 过 程 中需 要 施 工 大 量 的钻 孔 ， 且封 口测 压存在 一定 的困难 ， 而流 量 法 及 Ｓ ６气 体 示 Ｆ 踪 法等测 定方法 在确 定抽 采有效 性方 面存 在一定 的经 验性 ， 能较准 确 的确定 钻 孔 抽 采半 径 的有 效抽 采 范 不 围， 随着 国内外 研究 学 者对 煤 层 瓦 斯 流 动理 论 研究 的 不 断成熟 ， 以及计算 机模 拟 的不 断 发展 ， 算机模 拟 确 计 定钻孔 抽 采有 效 半 径 也 逐渐 成 为 了 一 种行 之有 效 的 方法 ．
基于COMSOL Multiphysics的瓦斯有效抽采半径的研究
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２ ． Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｇ ａ ｓ Ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｇ ａ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ， Ｊ ｉ ａ ｏ ｚ ｕ ｏ ４ ５ ４ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法研究
瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法研究发布时间：2021-06-28T17:24:01.823Z 来源：《基层建设》2021年第6期作者：刘宜军[导读] 摘要：瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理和资源利用的根本性措施之一，而钻孔布置是瓦斯抽采的首要工作。
安徽省阜阳市 236221摘要：瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理和资源利用的根本性措施之一，而钻孔布置是瓦斯抽采的首要工作。
对于顺层钻孔而言，瓦斯抽采有效半径（以下简称“有效半径”）是确定钻孔布置间距的基础参数和重要依据，其准确测定对于节省钻孔施工工程量、提高瓦斯抽采效率乃至最终实现瓦斯抽采达标至关重要。
关键词：瓦斯抽采；有效抽采半径；目前，我国煤矿安全生产得到了长足发展，煤矿安全形势也进一步好转，瓦斯事故也得到了进一步抑制，但瓦斯灾害依然严重，瓦斯问题仍然是威胁煤矿安全生产的重要因素。
实践证明，解决瓦斯问题最有效的方法就是预抽煤层瓦斯，瓦斯抽采钻孔的合理布置及抽采时间又是预抽煤层瓦斯的关键，这将直接影响煤层瓦斯抽采的效果，进而影响整个矿井的安全生产[1]。
钻孔间距太小，则会出现“串孔”现象，降低瓦斯抽采效率，浪费大量的人力、物力；钻孔间距太大，则会在两抽采钻孔之间形成抽采盲区，无法彻底消除煤层的突出危险性。
另外，抽采有效半径也是对煤层瓦斯抽采效果进行评价的必要依据，抽采时间过长，造成物力的浪费；抽采时间过短，达不到消突的目的。
因此，确定钻孔瓦斯抽采有效半径对于提高瓦斯抽采效率、保证煤矿安全生产具有重要的现实意义。
1 钻孔抽采半径的定义与界定指标1.1 抽采半径的定义抽采半径按用途可分为：抽采影响半径和有效影响半径。
抽采影响半径是指在规定的时间内原始瓦斯压力开始下降的测试点到抽采钻孔中心的距离。
有效抽采半径是指在规定时间内以抽采钻孔为中心，该半径范围内的瓦斯压力或含量降到安全容许值的范围。
钻孔的有效抽采半径是抽采时间、瓦斯压力、煤层透气性系数的函数，另外还与煤层原始瓦斯压力、吸附性能、抽采负压有关。
基于COMSOL的煤层分段水力造穴卸压增透效果数值模拟研究
参数 煤体的杨氏模量
煤体泊松比 ห้องสมุดไป่ตู้骨架杨氏模量
吸附应变系数 煤层初始渗透率
甲烷动力粘度 Ｌａｎｇｍｕｉｒ体积常数 Ｌａｎｇｍｕｉｒ压力常数
煤体密度 抗压强度 抗拉强度 煤层厚度 煤层瓦斯压力 水平应力 垂直应力
数值 ２７１０ ０．２５ ９５２０ ０．０６ ２．５×１０－１７ １．８４×１０－５ ０．０３２ １．４６ １４３０ ５．６３７ ０．５１４ ６．８ ０．９ １９．２ １１．３９
本文通过对目前水力造穴钻孔及相邻钻孔瓦斯 抽采效果进行分析考察，研究了不同造穴半径和造 穴间距对造穴增透效果的影响作用及尺度，进一步 优化水力造穴工艺参数，从而为其他区域科学实施 本煤层钻孔分段水力造穴技术提供了理论依据。
１ 本煤层分段水力造穴模拟模型及参数
大造穴半径等造穴参数，进而增加钻孔围岩煤体采 动卸压影响范围，来实现钻孔围岩煤体增透的目的。 因此，研究本煤层钻孔及水力造穴围岩采动影响因 素及影响尺度是研究本煤层分段水力造穴煤层条件 适用性、煤层增透效果及技术参数优化的基础。钻 孔分段水力造穴增透技术施工示意如图 １所示。
如图 ５为不同造穴半径钻孔瓦斯抽采效果云图 （黑 线 范 围 内 为 有 效 卸 压 范 围，瓦 斯 压 力 小 于 ０．７４ＭＰａ）。可以 看 出，随 着 瓦 斯 抽 采 工 程 的 不 断 进行，抽采钻孔附近区域的煤层压力逐渐下降，在钻 孔附近形成 １个低压区域，即压降漏斗，受应力的影 响，煤层有效卸压范围呈椭圆分布。随着造穴孔半 径的增加，煤层卸压面积增大，渗透率增高，煤层的 瓦斯抽采效果越来越好。当造穴半径为 ０．２ｍ时，
图 ３为不同造穴半径的洞穴周围应力分布图。
图 ３ 不同半径造穴孔周围应力分布
从图 ３看出，随着洞穴半径的增加，洞穴周围的 煤体卸压面积也不断变大。当洞穴半径为 ０．２ｍ 时，洞穴周围卸压区域范围仅有 １．５ｍ；而当洞穴半 径增 加 到 ０．７ｍ，洞 穴 周 围 卸 压 区 域 范 围 达 到 ４．０ｍ，在洞穴周围会出现一小段应力增高区域，但 随着洞穴半径的增加，这种应力集中现象会不断减 弱。当洞穴半径为 ０．２ｍ时，中线上应力最大值为 ９．１ＭＰａ，应 力 集 中 系 数 为 １．１；当 洞 穴 半 径 为 ０．５ｍ时，洞穴中线上应力最大值为 ８．４ＭＰａ，应力 集中系数为 １．０５；当洞穴半径为 ０．７ｍ 时，洞穴中 线上应力最大值为 ７．９ＭＰａ，小于洞穴未影响区域 煤层应力。由此可以看出，从煤层卸压范围到控制 煤层应力集中，增加洞穴半径都会有很好的效果。
基于COMOSOL的顺层钻孔有效抽采半径的数值模拟
同抽采条件下的有效抽采半径， 还能够大大地节省 。 测定抽采半径的时间 1 矿井概况
是指在规定时间内以抽
采钻孔为中心， 该半径范围内的瓦斯压力或含量降 到安全容许值的范围。钻孔的有效抽采半径是抽采 时间、 抽采负压、 瓦斯压力、 煤层透气性系数以及煤 吸附性能、 抽采负压的函数。 层原始瓦斯压力、 2． 2 瓦斯流动理论方程 根据 周 世 宁 院 士 的 煤 层 瓦 斯 赋 存 与 渗 透 理
· 4·
（ 第 43 卷第 10 期）
试验·研究
基于 COMOSOL 的顺层钻孔有效抽采半径 的数值模拟
王兆丰， 李炎涛， 夏会辉， 谭蓉晖
（ 河南理工大学， 河南 焦作 454003 ）
摘
要： 为了能够准确地确定顺层瓦斯抽采钻孔的有效抽采半径 ， 以煤层瓦斯赋存及瓦斯流动理 论为基础， 根据达西定律和质量守恒定律， 以钻孔周围煤体瓦斯流动场为研究对象， 建立了顺层
［6 ］
（ 2012 － 10 ）
· 5·
间有关） 和稳定流场（ 瓦斯流动与时间无关） 2 类。 这里采用不稳定流动理论来推导瓦斯流动方程 ， 并 做出以下假设： ① 顺层瓦斯抽采钻孔假设为单向不 因 稳定流动； ②煤层顶底板透气性比煤层要小得多 ， 此， 将煤层顶底板视为不透气岩层； ③瓦斯可视为理 想气体， 瓦斯渗流过程按等温过程来处理 ； ④吸附瓦 斯符合朗格缪尔方程， 瓦斯解吸在瞬间完成； ⑤煤层 各向同性， 透气系数及孔隙率不受煤层中瓦斯压力 变化的影响， 但在巷道及钻孔周围的卸压范围内增 大； ⑥瓦斯在煤层中的流动服从达西定律 。 2． 3 瓦斯流动方程的建立 根据达西定律和质量守恒定律， 瓦斯在煤层孔 ［7 ］ 隙裂隙系统中进行单向非稳定线性渗透流动 ， 在 流场中存在如下方程： K p M + （ （ ） ） = 0 t μ x — —煤层瓦斯含量， m3 / t ； 式中： M— t— — —瓦斯在煤层中的流动时间， d； K— — —煤层透气率， m2 ； — —瓦斯动力黏度， Pa·s； μ— p— — —计算煤层透气性系数地点的瓦斯压力 ， MPa。 而煤层瓦斯含量与瓦斯压力存在如下关系 ： M = c· abp + 10 φp 1 + bp γ 1 100 － W － A （ 2） c = 1 + 0 ． 31 W · 100 λ = K 2 μp0 — —吸附常数， m / （ t ·r ） ； 式中： a— b— — —吸附常数， MPa － 1 ； W— — —水分， %； A— — —灰分， %； — —孔隙率， %； φ— — —视密度， m3 / t ； γ— — —煤层透气性系数， m2 / （ MPa2 ·d） ； λ— p0 — — —标 准 状 况 下 的 大 气 压 力， 0． 101 325 MPa。 令U=p ， 则式（ 2 ） 可化为： abc 5 φ U M =（ + ） 2 t 2槡 U（ 1 + b 槡 U） U γ t 槡 将式（ 1 ） 、 式（ 3 ） 联立可得：
穿层钻孔倾角对瓦斯抽采影响的数值模拟研究
S cience & T echnology | 科学技术中国煤炭工业 2019/0457煤矿安全生产中，瓦斯超限是井下事故发生的主要原因之一，瓦斯抽采既能达到控制煤矿瓦斯灾害的效果，又能将瓦斯能源充分利用。
而瓦斯抽采方法的合理性直接决定抽采效果的好坏。
目前，在煤巷条带瓦斯治理过程中，多采用穿层钻孔预抽煤层瓦斯。
穿层钻孔的不同钻孔之间抽采效果存在差异，从本质上来看，主要是由于钻孔倾角不同，受应力影响的程度不同，导致瓦斯抽采半径不同，从而导致不同的抽采效果。
为进一步考察穿层钻孔倾角对瓦斯抽采的影响，在前人研究的基础上，以平煤十二矿第四瓦斯治理巷穿层预抽钻孔整体布置为工程背景，采用COMSOL数值模拟软件建立煤体流固耦合模型，基于煤体变形方程和瓦斯流动方程，分析穿层钻孔倾角对瓦斯抽采半径的影响规律，并通过孔内裂隙窥视分析验证数值模拟规律，为矿井采用穿层钻孔预抽煤层瓦斯实践提供有益借鉴。
一、模拟钻孔参数本次模拟以平煤十二矿西翼第四瓦斯治理巷治理己15-31020采面下部穿层预抽钻孔为参考。
穿层预抽钻孔主要用来掩护己15煤层掘进头掘进，钻孔设计剖面图如图1所示，每组扇形钻孔共计18个，钻孔直径为89mm，倾角各不相同。
此外，煤层倾角为12°，并假设煤层倾角在模拟区域内为定值，钻孔倾角在19°～87°之间。
钻孔瓦斯抽采模型尺寸为20m ×20m ×20m，同时将模型的底部和其他三个边界分别设置为固定和水平方向位置约束，地应力根据现场实际情况设置为10MPa，四周的水平应力设置为6MPa。
煤层的原始瓦斯压力设置为2MPa，瓦斯抽采负压为15kPa。
数值模型采用的理论模型及其关键计算参数，参考了有关学者关于穿层钻孔周围应力变化特征及其对瓦斯抽采的影响研究资料。
二、钻孔抽采影响因素1. 钻孔抽采影响半径与钻孔倾角的关系以往很多研究人员在研究瓦斯抽采的影响因素时，通常假定钻孔与煤层垂直（穿层钻孔）或平行（顺层孔），而对钻孔倾角对瓦斯穿层钻孔倾角对瓦斯抽采影响的数值模拟研究文/棘理想 朱传杰 任 洁抽采的影响研究较少。
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。
察哈素煤矿导向槽定向水力压裂增透技术研究
１ 数值模拟理论研究
１
１ 固体应力场控制方程
水力压裂与瓦斯抽采过程受煤体应力变化、瓦
斯吸 附 应 力 变 化 等 影 响, 瓦 斯 运 移 应 力 场 控 制
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ρc———煤体密度,kg/m ;
VL ———Langmu
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采空区瓦斯抽采量对自燃氧化带影响的模拟分析
采空区瓦斯抽采量对自燃氧化带影响的模拟分析李瑞森【摘要】为研究5212综放工作面采空区瓦斯抽采量对遗煤自燃的影响,基于计算流体力学相关理论,建立采空区二维数值模拟模型,采用COMSOL Multiphysics 5.0仿真软件,对不同瓦斯抽采量下的采空区氧化带宽度进行数值模拟计算.研究结果表明:氧化带宽度与瓦斯抽采量成线性关系,现有的生产工艺参数易诱发采空区遗煤自燃,可通过适当加快回采速度和增加瓦斯抽采量来实现工作面的安全生产.【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2017(041)011【总页数】5页(P52-56)【关键词】综放采空区;瓦斯抽采量;氧化带;数值模拟;回采速度【作者】李瑞森【作者单位】阳泉市燕龛煤炭有限责任公司,山西阳泉 045000【正文语种】中文【中图分类】TD712+.6综放工作面回采速度快，支撑压力大，采空区遗留碎煤较多，工作面推进后，碎煤解析释放出大量的游离态瓦斯；且放顶煤冒落空间大，采空区裂隙发育，漏风通道发达，在工作面通风压力差的影响下，采空区内大量的游离态瓦斯经漏风通道逸散至工作面，造成上隅角瓦斯超限，严重威胁着工作面的安全生产[1-3]. 采空区瓦斯抽采是治理回采工作面瓦斯超限的有效技术，但抽采量过大，采空区漏风量也大，易诱导采空区自然发火；抽采量过小，又不能满足瓦斯排放要求。
因此，本文以某矿5212综放工作面为工程背景，开展采空区瓦斯抽采量对自燃氧化带宽度影响的研究，优化抽采工艺，指导安全生产。
该矿核定年生产能力为1.8 Mt/a，可采煤层共5层，分别为3#、5#、6#、9#、13#煤层，现主要开采5#煤层，煤种以褐煤为主，具有Ⅱ级自燃倾向性，根据取样进行理化分析，自然发火期20 d左右；煤层倾角平均19°，由南向北逐渐变薄，最大厚度11.35 m,最小厚度4.86 m，平均8.11 m. 煤层硬度f=2～3. 该矿5212工作面位于5#煤层的南翼，走向、倾斜长度分别为800 m、160 m，选用走向长壁后退式综放技术进行采煤，设计最大推进速度为3 m/d，顶板稳定性较好，采用全部垮落法进行处理；工作面通风方式设计为常规的U形通风，风量为820m3/min；煤层瓦斯压力为0.28 MPa，渗透系数λ=0.085 02 m2/(MPa2·d)，透气性较差，瓦斯抽采难度较大，自工作面开切眼贯通以来，多次出现上隅角瓦斯超限问题，该矿组织技术人员进行多次论证，采用采空区埋管抽采的方式来降低工作面瓦斯浓度，抽采量选择为75 m3/min.采空区松散煤岩块体之间的空隙多呈现不规则分布，气体在空隙通道内的流动状态也比较复杂，为了研究问题的方便，参考文献[4,5]，假设采空区内渗透率变化与时间无关，气体运动状态视为不可压缩的二维层流运动，运移过程满足Darcy定律，风流在采空区内流动的数学模型主要控制方程如下：连续性方程：动量守恒方程：标准k-ε方程：组分传输方程：其中，式中：u、v—速度矢量在x、y方向上的分量，m/s；ρ—采空区气流密度，kg/m3；μeff—气体有效黏性系数，μeff=μ+μt，Pa·s；μ—动力黏性系数，Pa·s；μt—湍流黏性系数，μt=ρCμk2/ε，Pa·s；n—采空区多孔介质孔隙率；e—采空区渗透率；p—流体微源上的有效压力，Pa；k—湍流动能，m2/s2；ε—湍动能耗散率，m2/s3；σk、σε—k-ε方程中的Prandtl数，分别取1.0、1.3；Cε1、Cε2、Cμ—模型中的常系数，分别取1.44、1.92、0.09；Gk—层流剪切力变化产生的湍动能，m2/s2；r—单位体积浮煤耗氧速率，mol/(m3·s)；r0—煤耗氧速率待定系数，mol/(m3·h)，取0.037；D—采空区氧气扩散系数，m2/s；c—采空区内氧气浓度，mol/m3；c0—新鲜风流氧浓度，mol/m3，取9.375；b0—实验常数，℃-1，取0.023 5；T—松散煤体的实际温度，℃.采空区渗透率受介质空隙及分布情况的影响，在本文中采用Blake-Kozeny经验公式计算[6]：式中：Dp—多孔介质粒子直径，m；n—孔隙率。
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基于C OM S O L的瓦斯抽采半径数值模拟
乔飞云
(山西离柳焦煤集团有限公司,㊀山西吕梁市㊀０３３０００)
摘㊀要:以山西某矿为试验矿井,采用C OM S O L软件对瓦斯抽采半径影响因素进行了研究,研究结果表明:煤层的渗透率越大,抽采半径越大,当增大到某值时,可以不进行抽采,瓦斯可自由逸散;抽采半径随着负压的增大而增大,但影响较小,在进行瓦斯抽采时,可以不予考虑负压的影响;当地应力每增加３M P a时,半径的减少幅度较小,地应力对抽采半径影响较小;随着钻孔直径的增大,抽采半径逐渐增大,前期,钻孔直径影响不大,中后期,钻孔直径对抽采效果影响较大.
关键词:煤矿安全;瓦斯;抽采半径;数值模拟
０㊀引㊀言
在我国一次性能源结构中,煤炭占有很大比例,虽然煤炭消费持续降低,但是 十三五 末,煤炭还是主要能源,约占６２％,随着煤炭的大量回采,浅埋深煤层已趋于殆尽,煤矿企业不得不向深部延伸.深部开采煤层瓦斯高[１Ｇ４],压力大,易发生瓦斯事故,目前采取的方法主要是对煤层进行瓦斯抽采.瓦斯抽采最重要的一项是确定瓦斯抽采半径,而确定抽采半径最好的方法是数值模拟[５],本文以山西某矿为实验矿井,采用C OM S O L数值模拟软件模拟不同
抽采条件各参数对抽采半径的影响.
１㊀模型建立及参数
根据山西某矿S１２０６工作面的特征,建立模型,模型大小６０mˑ８m,模型顶部有自身重力,大小９．８５M P a,底部固定,两侧和顶部自由,模型如图１所示.主要参数包括:水分７．９９％,灰分３．０１％,泊松比０．２８,弹性模量２９８０M P a,吸附常数０．５９８M P a－１,甲烷粘性系数１．１２ˑ１０－５P a s,渗透率４．９ˑ１０－１６m２,固结系数０．７９６,密度１．４５g/c m３, k l i k e n b e r g系数０．３０１.
图１㊀数值模拟
２㊀模拟结果及分析
２．１㊀时间与抽采半径关系
模拟了１３０d的瓦斯压力变化,得出了不同抽采时间的瓦斯抽采半径,抽采１０d时,抽采半径为０．２０１m,３０d时,抽采半径为０．３２１m,５０d时,抽采半径为０．５１３m,７０d时,抽采半径为０．８２２m,９０d时,抽采半径为１．３３６m,１１０d时,抽采半径为２．１５４m,１３０d时,抽采半径为３．６２７m,得出其关系函数,r＝０．０２１９t１．１２５４(R＝０．９７０１),由关系函数可知,抽采半径,随着抽采时间的延长而逐渐增加,时间是影响抽采半径大小的主要因素.
２．２㊀渗透率与抽采半径关系
在一定的压差下,煤岩的渗透率越大,则煤岩允
许气体通过的能力越强,渗透率直接关系着瓦斯在
煤载体内流动阻力的大小,也就影响着瓦斯抽采的
难易[６].为了考察渗改变透率在进行瓦斯抽采时,其效果的好坏,模拟了相同的瓦斯赋存条件下渗透
率变化引起的有效半径变化情况,对抽采半径和煤
层渗透率进行拟合得出如图２所示的结果.
㊀㊀由图２可知,煤层的渗透率越大,抽采半径越大,当增大到某值时,可以不进行抽采,瓦斯可自由
I S S N１６７１－２９００
C N４３－１３４７/T D采矿技术㊀第１８卷㊀第５期
M i n i n g T e c h n o l o g y,V o l．１８,N o．５２０１８年９月S e p．２０１８
逸散,说明煤层渗透率是影响瓦斯抽采半径的主要因素
.
图２㊀抽采半径与渗透率关系曲线
２．３㊀抽采负压与抽采半径关系
对抽采半径和抽采负压进行拟合(抽采８０d ),初始瓦斯压力１．７１M P a
,得出如图３所示的结果.图３㊀抽采半径与抽采负压关系曲线
㊀㊀由图３可知,
抽采半径随着负压的增大而增大,通过拟合特征可知,抽采负压对于半径的影响较小,在进行瓦斯抽采效果时,可以不予考虑.
２．４㊀地应力与抽采半径关系
地应力不同会引起煤层的渗透率和透气性系数的变化,从而影响瓦斯气体的流动,对不同地应力下的抽采半径进行了分析,当地应力为７．９８M P a 时,抽采半径为１．３１１m ,当地应力为１０．９８M P a 时,抽采半径为１．２０１m ,当地应力为１３．９８M P a 时,抽采半径为１．０９８m ,当地应力为１６．９８M P a ,时抽采半径为１．０３９m ,当地应力为１９．９８M P a 时,抽采半径为０．８９８m ,当地应力每增加３M P a 时,半径的减少幅度较小,说明地应力对抽采半径影响较小,不是主要影响因素.
２．５㊀钻孔直径与抽采半径关系
模拟了不同钻孔直径对抽采半径的影响,其模拟结果如图４所示.
㊀㊀由图４可知,
随着钻孔直径的增大,抽采半径逐渐增大,在４０d 内,钻孔直径影响不大,中后期,抽采半径变化明显,说明在抽采中后期,孔径对抽采效果影响较大
.
图４㊀抽采负压与抽采半径关系
３㊀结㊀论
采用C OM S O L 数值模拟软件对山西某矿煤层
瓦斯抽采半径影响因素进行了研究,得出以下结论:(１
)得出了时间与抽采半径的关系函数,反映了时间是影响抽采半径的主要因素;
(２)煤层的渗透率越大,抽采半径越大,当增大到某值时,可以不进行抽采,瓦斯可自由逸散,说明煤层渗透率是影响瓦斯抽采半径的主要因素;(３)抽采半径随着负压的增大而增大,但影响较小,在进行瓦斯抽采效果时,对于抽采半径可以不予考虑;
(４)当地应力每增加３M P a 时,
抽采半径的减少幅度较小,地应力对抽采半径影响较小,不是主要影响因素;
(５)随着钻孔直径的增大,抽采半径逐渐增大,前期,钻孔直径影响不大,中后期,钻孔直径对抽采效果影响较大.
参考文献:
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(收稿日期:２０１８Ｇ０３Ｇ２１
)作者简介:乔飞云(１９８３－)
,男,山西吕梁人,主要从事矿井通防管理㊁瓦斯抽采方面的工作,E m a i l :１２８５６７２２１８＠q q
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５㊀乔飞云:㊀基于C OM S O L 的瓦斯抽采半径数值模拟。