基于COMSOL Multiphysics的瓦斯有效抽采半径的研究
基于COMSOL-Multiphysics研究煤与瓦斯突出
煤 与 瓦斯突 出一 直都是 困扰 煤矿 安 全开 采 的主 进 行 了探 讨 和深入 分析 ， 出了五 种假 说 ： 提 于不 凡教 要 隐患 ， 其产 生 的灾难 性后果 ， 重地 威 胁着 煤炭 工 授 于 １７ 严 ９ ５年 、９ ９年提 出 中心 扩 张学 说 ； 萍 丰博 １７ 李 业 的稳 步健 康发 展 。国 内外 研究 者在 研 究煤 与 瓦斯
总 第 １７期 ２
ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ ２ ９ ． ０ ０８ ２ １ ． ５ ０ ５ ｓ
基 于 Ｃ ＭＳ Ｌ—Ｍｕ ｉｈ ｓ ｓ研 究 煤 与 瓦斯 突 出 Ｏ Ｏ ｈｐ ｙｉ ｃ
韦善 阳 ， 马科伟 ， 李波波
（ ｈ ｎｎ ｏ ｅｅｏ ｕ ｈ ｕＵ ｉ ｒ ｔ，ｕ ａｇ ５ ０ ０ ，ｈｎ ） ＴｅＭｉｉ Ｃ ｌｇ Ｇ ｉ ｏ ｎｖ ｓｙ Ｇ ｉ ｎ ５０ ３ Ｃ ｉ ｇ ｌ ｆ ｚ ｅｉ ｙ ａ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： ａ ｅ ｎａｙ ｅ ｈ ｅ ｓｂｉ ｔ ｎ ｈ ｕｐ ｒｏ ｉｙ ｏ ｓ ｒ ｃ Ｔｈｅ ｐ ｐ ｒａ ｌ ｚ ｓｔ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｉｒｔ ｆＣＯＭ Ｓ ｉ ＯＬ ｕ ｐｈ ｓｃ ｎ ｓ ａ ｃ ｎｇｏ ｏ ｌａ ａ ｕ ｂ ｒ ｔ Ｐ ｉ ｔ Ｍ ｈｉ ｙ ｉ ｓｉ ｅ ｒｈｉ ｎ ｃ ａ ｎｄ ｇ ｓｏ ｔ ｕ ｓ ． ｏ ｎ—
通过 模拟仿 真 软件进 行卓 有成 效 的处理 。以下 将讨 计 算 和进行 流 固等多场耦 合模 拟 。
论应 用 Ｃ ＭＳ ＬＭｕ ｉｈ ｓ ｓ研 究 煤 与 瓦斯 突 出 的 Ｏ Ｏ ｈｐ ｙｉ ｃ
可行 性及优 越性 。
２ Ｃ ＭＳ ＬＭｕ ｉｈｓ ｓ研 究煤 与 瓦斯 突 出 Ｏ Ｏ ｈｐ ｙｉ ｃ 的优越性分析
瓦斯抽采钻孔有效影响半径的理论模型及数值分析
参数 是不合 理 的 。 近年 来 ，国 内外 学者 在煤 层瓦 斯 别 为 ：
流动 理论研 究方 面进 行 了深入 的研 究 ， 逐步 建立 和
完善 了综合 考虑 含 瓦斯煤 的吸 附应 力 、 孔 隙压力 以
ｎ （ １ ＋ｐＩ Ｐ Ｌ ）
（ １ ）
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及应 力作用 下 的瓦斯 渗流 理论 模型［ ７ － １ ０ 】 ；同时 ，随 着计 算机解 算 算法 的优化 和提 高 ， 理论 计算 得到 的 瓦斯 抽采 有效 影响 半径 的可信 度大 大提 高 。 本文 基
２ ． １变形 场控 制方 程 煤 体对 瓦斯表 现 出较 强 的吸 附作用 ， 并产 生吸
附膨 胀应 力 ，导致煤 体 的受力 分布 发生 变化 。含吸
附瓦斯 煤 体 的吸 附 膨胀 应变 和 应 力计 算 公 式【 ｌ ｌ Ｊ 分
Ｖ Ｌ ｐｓ ＲＴ ｌ
Ｅｓ ｗ —
…
径， 并 以此 设计 抽采钻 孔数 目、间距和 抽采 负压 等
斯 抽采 设计 中显得 尤 为重要 。目前 ， 有 效影 响半径
斯流场 的变化 ， 同时确 定 了不 同预 抽 期 内瓦斯抽 采
的测 定方法 主要 分为 现场测 定和 理论 计算 两类 。 前 钻孔 的有 效影 响半径 ， 为钻 孔参 数 的合 理设 计和 布 者 虽然 准确 度高 ，但 具有测 定 周期长 ，工 程量 大 ， 置提供 了理论参 考 依据 。
Ｄ ０ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ６ ３ ９ ６ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ９ ． ０ １ ０
１ 前言
煤矿 瓦斯 抽采 能够 有效 降低 瓦斯压 力 、 防止 瓦
基于COMSOL数值模拟的瓦斯抽采半径测定
基于COMSOL数值模拟的瓦斯抽采半径测定崔永青1，李永军1，刘飞2（1.山西马堡煤业有限公司,山西长治046013；2.煤科集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁沈阳110000）摘要：山西马堡煤业有限公司经国家安全部门鉴定属于高瓦斯矿井,矿井绝对斯涌出量高达58.17m3/min，瓦斯问题严重威胁着矿井的安全和生产的效率。
所以瓦斯预抽工作显得尤为重要，要进行高效的预抽工作“有效半径测定”是必不可少的重要过程。
本文利用数值模拟软件COMSOL对15号煤层进行模拟解析，通过软件运算得出有效的抽采半径并且进行了现场的实际施工检验，准确的测定了马堡矿15号煤层的抽采半径。
为以后的生产提供了有力的基础数据。
关键词：开采煤层;瓦斯抽采；数值模拟；抽采半径中图分类号：TD712文献标志码：A文章编号：1009-0797（2019）03-0194-03Determination of Gas Extraction Radius Based on COMSOL Numerical SimulationCUI Yongqing1，LI Yongjun1，LIU fei2（1.Shanxi Mabao Coal Industry Co.,Ltd.，Changzhi046013，China；2.Coal research group Shenyang Research Institute Co.,Ltd,State Key Laboratory of coal mine safety technology.，Shenyang110000，China）Abstract:Shanxi Mabao Coal Industry Co.,Ltd.is a high gas mine appraised by the state security department.The absolute emission of the mine is as high as58.17m3/min.The gas problem seriously threatens the safety and production efficiency of the mine.Therefore,gas pre-drainage work is particularly important,to carry out efficient pre-drainage work"effective radius measurement"is an essential important process.In this paper,the numerical simulation software COMSOL is used to simulate and analyze No.15coal seam.The effective extraction radius is obtained by software calculation and the actual construction test is carried out.The extraction radius of No.15coal seam in Mabao Coal Mine is accurately measured.It provides strong basic data for future production.Key words:mining coal seam;gas drainage;numerical simulation;extraction radius0引言煤层瓦斯抽采影响半径是指：在规定或允许的时间内，煤层瓦斯压力开始下降点到抽采钻孔中心的距离[1]。
司马煤矿3号煤层瓦斯抽采半径优化与实践
收稿日期:2023 05 21基金项目:国家自然科学基金(52274192)作者简介:牛金明(1973-),男,山西高平人,工程师,从事煤矿技术管理工作㊂doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.12.001司马煤矿3号煤层瓦斯抽采半径优化与实践牛金明,李金华(山西潞安集团司马煤业公司,山西长治㊀047105)摘㊀要:司马煤矿井下瓦斯抽采缺乏理论以及实践支持,导致矿井3号煤层的瓦斯抽采效果时常达不到预期㊂因此,文章利用了COMSOL Multiphysics 数值模拟软件对3号煤层瓦斯抽采半径进行了模拟优化,并利用瓦斯压力降低法,在1208运巷进行了工程验证,最终得到该3号煤层的最佳瓦斯抽采天数为60~80d,同时选择抽采半径为2~3m 时较为合适㊂综合考虑抽采成本和抽采标准要求,最终确定抽采时间为60d,钻孔间距为4~5m,1208工作面的煤层瓦斯压力可以降至原始压力的60%以下㊂关键词:数值模拟;瓦斯治理;有效抽采半径;压降法中图分类号:TD712㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2023)12 0001 05Optimization and Practice of Gas Extraction Radius in No.3Coal Seam of Sima Coal MineNIU Jinming,LI Jinhua(Sima Mining Company of Shanxi Lu 'an Group ,Changzhi ㊀047105,China )Abstract :The lack of theoretical and practical support for underground gas extraction in Sima Coal Mine leads to the effect of gas ex-traction in No.3coal seam often fails to meet expectations.Therefore,in this paper,COMSOL Multiphysics numerical simulation soft-ware was used to simulate and optimize the gas extraction radius of No.3coal seam,and the gas pressure reduction method was used to carry out engineering verification in roadway 1208.Finally,the optimal gas extraction days of the No.3coal seam were 60~80days.At the same time,it is more suitable when the extraction radius is 2~3m.Considering the extraction cost and extraction standard require-ments,it is finally determined that the extraction time is 60days,the drilling distance is 4~5m,and the coal seam gas pressure at the working face of 1208can be less than 60%of the original pressure.Key words :numerical simulation;gas control;effective extraction radius;pressure drop method㊀㊀瓦斯抽采技术在我国历经几十年发展,煤矿瓦斯灾害防治方面具有举足轻重的作用[1-2]㊂瓦斯灾害严重威胁煤矿安全生产,目前多采用瓦斯抽采的方法从根本上对瓦斯灾害进行治理[3-4]㊂其中,钻孔抽采是最常用的抽采技术措施[5-6],钻孔间距是影响瓦斯抽采效果的重要参数,合理的钻孔间距布置既可以避免抽采空白区,又可以有效降低抽采成本[7-8]㊂基于此,Wu Bing 等[9]利用FLAC 3D 软件,进行了井下瓦斯抽采模拟,并通过现场试验进行验证,发现模拟结果与测试结果基本一致㊂王兆丰等[10]通过数值模拟的方法计算了瓦斯抽采钻孔的合理抽采负压和有效抽采半径㊂Liu 等[11]分析瓦斯抽采过程中多个钻孔的叠加效应,发现多个钻孔同时抽采会影响单个钻孔的抽采效率和影响范围㊂陈月霞等[12]以有效抽采半径㊁叠加效应㊁三维瓦斯压力等压面的形状及有效抽采区域体积大小为指标的钻孔间距数值计算考察方法,为煤矿井下钻孔间距优化布置提供参考㊂综上所述,瓦斯抽采钻孔的布置应基于其有效抽采半径,并兼顾瓦斯抽采效果和工程成本[13]㊂司马煤业由于煤层地质构造复杂㊁透气性差,是低瓦斯难抽采煤层的典型代表[14-15]㊂由于缺乏理论以及实践支撑,导致矿井的瓦斯抽采效果达不到预期,影响煤矿的安全开采㊂因此本文依据实测储层参数,采用了COMSOL Multiphysics 数值模拟软件对司马煤业3号瓦斯有效抽采半径进行模拟优化,㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷㊀第12期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年12月并通过瓦斯压力降低法,在1208运巷610~710m处展开试验,得到该3号煤层的瓦斯抽采有效半径,对模拟优化结果进行了验证,为司马煤业3号煤层瓦斯抽采方案设计提供借鉴㊂1㊀瓦斯地质特征1.1㊀构造特征司马煤业位于山西省东南部,沁水煤田的东部,长治以南4km,井田位于晋(城)~获(鹿)褶断带南段的主要构造形迹长治大断裂的西侧,西接武~阳凹褶带,构造形迹呈 多 字型排列规律㊂井田总体呈一走向NNE,倾向NW,倾角4ʎ的单斜构造,并伴有宽缓褶曲和少量断裂构造,无岩浆岩侵入[16]㊂1.2㊀煤层及瓦斯3号煤层位于山西组中下部,为当前主采煤层[17],煤层平均埋深440m,煤层厚5.47~7.80m,平均6.62m.3号煤最大镜质组反射率为1.67%~ 1.83%,属贫煤-贫瘦煤;煤体结构以碎裂煤为主,实测煤体坚固性系数为0.60~0.68,瓦斯放散初速度为12.8~16.0;3号煤层瓦斯吸附常数a介于34.15~38.36m3/t,b介于0.58~0.68MPa-1.矿井在3号煤层1208运输巷和1303回风巷实测瓦斯含量4.38~6.02m3/t,实测瓦斯压力0.20~ 0.43MPa.2㊀瓦斯抽采半径数值模拟优化2.1㊀物理模型建立本文主要利用了COMSOL Multiphysics数值模拟软件对瓦斯抽采半径模拟优化,通过建立模型,对实测参数进行数值模拟计算,并根据数值模拟计算的结果进行分析,确定合适的钻孔间距以及抽采时间㊂模型模型长ˑ高为20mˑ6m,孔径深度和直径分别为120m和94mm,煤层埋深440m,垂直方向承载上覆岩层的重力作用于图中AB面,为10MPa,两侧边界AC面㊁BD面受侧压力影响,为2.5MPa,煤层初始瓦斯压力赋值0.51MPa,煤层瓦斯含量6.02m3/t.图1㊀垂直于钻孔的煤体几何模型依据实验室测试以及现场实测数据确定数值计算的关键参数如表1所示㊂表1㊀3号煤层基本参数物理量含义参数值φ0初始孔隙度 6.39%p0初始瓦斯压力/MPa0.51ρs0煤初始密度/(g㊃cm-3) 1.47k m煤岩基质的弹性模量/MPa 2.15ˑ103μ0瓦斯初始动力粘度/(Pa㊃s-1) 1.43ˑ10-5k0煤层初始渗透率/mD 4.453 2.2㊀数值模拟结果分析本次建立孔群抽采的数值模型,分析不同钻孔间距(4m㊁5m㊁6m)条件下的钻孔周边煤层瓦斯压力实时数据㊂图2为抽采过程中1d㊁15d㊁30d和90d 时,不同间距抽采下垂向煤层瓦斯压力分布云图㊂图2㊀不同孔距垂向钻孔瓦斯抽采压力分布㊀㊀不同孔距抽采瓦斯监测点瓦斯压力变化曲线如图3所示㊂由图可知:1)㊀测试点的瓦斯压力随抽采时间的增大而降低,且瓦斯压力的降低速率整体上随时间的增大而减小,即呈现出减速降低的趋势㊂2)㊀抽采前7d瓦斯压力降低的趋势较为明2㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷显,当超过30d后,瓦斯压力降低的速率变化较小,基本呈现出线性减低的趋势㊂3)㊀不同钻孔间距情况下,瓦斯压力降低基本呈现出相同的降低趋势㊂钻孔间距越小,瓦斯压力越小,即增加抽采孔的密度可有效减低瓦斯压力㊂图3㊀不同孔距抽采瓦斯监测点瓦斯压力变化曲线不同孔距抽采瓦斯压力随时间变化曲线如图4所示,由图可知:1)㊀煤层内的瓦斯残存压力随钻孔间距的增大而增大,并随抽采时间的增大而减小;2)㊀相比于抽采30~60d,抽采60~90d的煤层残存压力变化较小,这表明在抽采60d后煤层残存压力趋向于稳定;3)㊀‘煤矿瓦斯抽采达标暂行规定“要求抽采后的瓦斯压力应降低至原煤层瓦斯压力的60%以下,在抽采60d后,孔距为4m㊁5m和6m的情况下,瓦斯压力分别降低至初始值的47%㊁53%和63%.图4㊀不同孔距抽采瓦斯压力随时间变化曲线3㊀瓦斯抽采半径测试采用有效抽采半径的方法对司马煤矿3号煤层二采区1208运巷进行模拟研究㊂3.1㊀测试方法可以按照不同矿井的实际条件选择合适的瓦斯抽采半径测试方法,目前对钻孔瓦斯抽采有效半径的测定应用主要为现场测试法,但考虑到司马煤业的现场实际操作条件复杂,选用钻孔瓦斯压力下降法对3号煤层的瓦斯抽采半径进行考察,选用抛物线方程来近似取代煤层瓦斯含量曲线:X=a P(1)式中:X为瓦斯含量,kg/m3;a为煤层瓦斯含量系数;P为瓦斯压力,MPa.3第12期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀牛金明,等:司马煤矿3号煤层瓦斯抽采半径优化与实践㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀按照‘煤矿安全规程“㊁‘煤矿瓦斯抽采基本指标“等要求煤层瓦斯预抽率要大于30%.瓦斯压力代入瓦斯含量可得,当瓦斯预抽率为30%以上时,抽采后的残余瓦斯压力应小于原始瓦斯压力49%.即瓦斯压力下降量应大于原始瓦斯压力的51%,基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术依据该原理来得出㊂3.2㊀施工方案根据司马煤业实际生产情况进行抽采钻孔设计,钻孔布置如图5所示㊂测试地点位于二采区在1208运巷610~710m 处,共布置15个钻孔,其中抽采孔10个,测压孔5个(分别为1~5号孔)㊂各组测压孔与抽采孔间距依次取1.5m㊁2m㊁2.5m㊁3m 和3.5m,每组间隔25m,抽采孔和测压孔倾角均为5ʎ,方位垂直于煤壁,封孔长度均为50m,孔深均为65m,开孔高度1.7m,钻孔直径94mm.首先施工Φ94mm 的测压钻孔,压力测定采用4分无缝钢管,封孔深度为45m,采用1.0MPa 标准压力表㊂测试点钻孔布置如图5所示,每天测试次数不少于1次,观测不少于80d,抽放期间要保证抽放负压基本维持稳定㊂3.3㊀测试结果测压钻孔采用被动测压法观测25d 左右,瓦斯压力稳定后,施工抽采孔并接入矿井已有的预抽管路进行瓦斯抽采㊂由于预抽钻孔的瓦斯抽采半径会受到很多因素的影响,包括煤层瓦斯压力㊁钻孔直径㊁抽采时间㊁抽采负压等因素㊂因此,本次压力测试过程中的钻孔直径为Φ94mm,测定煤层相对瓦斯压力介于0.36~0.43MPa,抽采负压为23kPa 左右,考察抽采时间最大为80d.同时对司马煤业1208运巷5个测压钻孔压力值数据进行统计,分别对测压钻孔抽采40d㊁60d㊁80d 的数据进行分析,统计数据如表2所示㊂通过数据分析得出:当抽采天数为60d 时,1号和2号压力测试钻孔中瓦斯压力下降幅度均超过51%,抽采半径为1.5m 和2m 均满足瓦斯抽采有效半径的确定指标,因此确定3#煤层抽采半径为2m;当抽采天数为80d 时,1号㊁2号㊁3号和4号压力测试钻孔中瓦斯压力下降幅度均超过51%,抽采半径为1.5m㊁2m㊁2.5m 和3m 均满足瓦斯抽采有效半径的确定指标,因此确定3号煤层抽采半径为3m.图5㊀钻孔布置图表2㊀测压钻孔瓦斯压力统计分析观察时间1号压力/MPa 降幅/%2号压力/MPa 降幅/%3号压力/MPa 降幅/%4号压力/MPa 降幅/%5号压力/MPa 降幅/%初始压力0.39-0.36-0.40-0.43-0.38-40d0.14640.16570.27320.31260.321660d0.11730.12680.21480.26380.263180d0.08790.10730.15620.24430.2436㊀㊀综合以上可知,司马煤业3号煤层抽采天数为60d 以下,选择抽采半径为2m 时较为合适;3号煤层抽采天数为60~80d,选择抽采半径为2~3m 时较为合适;3号煤层抽采天数为80d 以上,选择抽采半径为3m 时较为合适㊂通过以上对3号煤层瓦斯抽采半径实测数据统计,得到测压钻孔瓦斯压力统计表,见表3.表3㊀测压钻孔瓦斯压力统计分析参数钻孔编号1号2号3号4号考察半径/m 1.522.53初始压力/MPa 0.390.360.400.43最终压力/MPa 0.080.100.150.20下降幅度/%79.572.262.553.5下降51%天数/d273365684㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷通过对表3中数据进行线性回归,得到3号煤层瓦斯抽采有效半径与抽采天数的对应关系,对应曲线图如图6所示㊂根据司马煤业3号煤层瓦斯抽采半径和抽采天数关系图得出回归方程:Y=1.5184ln(x)-3.4914,相关性为0.9724.由于本次瓦斯抽半径现场测定时间为80d,测定时间较短㊂矿方在实际生产中,可根据以上公式按照实际抽采天数判定煤层瓦斯抽采半径数值,但3号煤层最大瓦斯抽采半径不超过4.72m.图6㊀3号煤层瓦斯抽采半径与天数关系图通过现场实测3号煤层瓦斯抽采半径与数值模拟分析结果进行比较,当抽采天数为60d时,抽采半径为2.5m时满足瓦斯抽采有效半径的确定指标;当抽采天数达到90d时,抽采半径为2.5m和3m时均满足瓦斯抽采有效半径的确定指标㊂现场实际测定结果与瓦斯抽采半径数值模拟结果基本相符㊂4㊀结㊀语1)㊀根据模拟结果,司马煤业3号煤层在抽采60d以后,瓦斯压力的下降幅度趋于缓慢,从经济角度考虑合理抽采时间为60d.抽采60d后,在钻孔间距为4m以及5m的情况下,瓦斯压力可降至煤层瓦斯原始压力的60%以下,布置4~5m孔距符合瓦斯抽采标准㊂2)㊀根据实测数据,当抽采天数为60d时,抽采半径为1.5m和2m均满足瓦斯抽采有效半径的确定指标,确定3号煤层抽采半径为2m;当抽采天数为80d时,抽采半径3m可满足瓦斯抽采有效半径的确定指标㊂3)㊀模拟结果与实测数据基本吻合,可确定为司马煤业3号煤层最佳抽采天数为60~80d,同时选择抽采半径为2~3m时较为合适;可按照实际抽采天数判定煤层瓦斯抽采半径数值,但3号煤层最大瓦斯抽采半径不超过4.72m.参考文献:[1]㊀王登科,唐家豪,魏建平,等.煤层瓦斯多机制流固耦合模型与瓦斯抽采数值模拟分析[J].煤炭学报,2023,48(2):763-775.[2]㊀周福宝,刘㊀春,夏同强,等.煤矿瓦斯智能抽采理论与调控策略[J].煤炭学报,2019,44(8):2377-2387.[3]㊀杜文辉.多煤层快速立体瓦斯抽采工艺研究与应用[J].煤炭技术,2023,42(1):184-187.[4]㊀李泉新,姚㊀克,方㊀俊,等.煤矿井下瓦斯高效精准抽采定向钻进技术与装备[J].煤炭科学技术,2023,51(S1):65-72.[5]㊀李㊀波,孙东辉,张路路.煤矿顺层钻孔瓦斯抽采合理布孔间距研究[J].煤炭科学技术,2016,44(8):121-126,155.[6]㊀王耀锋.中国煤矿瓦斯抽采技术装备现状与展望[J].煤矿安全,2020,51(10):67-77.[7]㊀杨相玉,杨胜强,路培超.顺层钻孔瓦斯抽采有效半径的理论计算与现场应用[J].煤矿安全,2013,44(3):5-8,13.[8]㊀刘三钧,马㊀耕,卢㊀杰,等.基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术[J].煤炭学报,2011,36(10):1715-1719.[9]㊀Wu 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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。
基于瓦斯储量法测定钻孔有效抽采半径
基于瓦斯储量法测定钻孔有效抽采半径
王国飞
【期刊名称】《山西焦煤科技》
【年(卷),期】2016(040)009
【摘要】为高效抽采某矿3号煤层瓦斯,需要依据有效抽采半径合理布置抽采钻孔.本文通过比较分析瓦斯压力降低法、示踪气体法、数值模拟法和瓦斯储量法的优缺点,确立了基于瓦斯储量法测定钻孔有效抽采半径,并采用COMSOL Multiphysics 对有效抽采半径进行了模拟,结果表明:两种方法测定结果基本相同.采用瓦斯储量法测定的结果:预抽60 d,有效抽采半径为1.95 m;预抽90 d,有效抽采半径为2.37 m;预抽180 d,有效抽采半径为2.80 m.
【总页数】4页(P53-56)
【作者】王国飞
【作者单位】汾西矿业集团双柳煤矿,山西吕梁 033000
【正文语种】中文
【中图分类】TD712+.6
【相关文献】
1.钻孔流量法测定瓦斯抽采有效半径 [J], 臧广伟;况明;叶成涛
2.基于钻孔瓦斯流量和煤层瓦斯含量测定有效抽采半径 [J], 高文贵;王贤田;武德尧
3.钻孔瓦斯流量法测定煤层有效抽采半径 [J], 徐刚; 范亚飞; 张天军
4.基于残余瓦斯含量的顺层钻孔抽采有效半径阶梯式测定法 [J], 张飞燕;韩颖;吕帅;
刘德宝;程虹铭
5.基于钻孔瓦斯流动理论的顺层孔有效抽采半径测定 [J], 汤孟庆;庆杨洋
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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。
基于COMSOL Multi-physic的瓦斯抽采地面井的流场数值分析
基于COMSOL Multi-physic的瓦斯抽采地面井的流场数值分析翟清伟【摘要】由于煤层气在煤岩体中的运移过程极其复杂,因此用来描述其流场的数学模型常常是高阶非线性的偏微分方程,为了能更好的解决此类问题,本文采用多重物理量数值模拟软件COMSOL Mul-ti-physic对所建的Darcy-Brinkman模型进行了模拟求解的研究,结果表明用该软件模拟的压力和速度动态曲线更符合实际情况,而且可以用动态可视化模块来模拟压降过程.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】4页(P102-104,107)【关键词】抽采地面井;煤层气流场;数值模拟【作者】翟清伟【作者单位】兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿,山东济宁 273500【正文语种】中文【中图分类】TD7120 引言COMSOL Multi-physic是一种多重物理量耦合软件，该软件是由MATLAB软件工具箱发展而来的，以有限元方法进行分析求解，其优点在于高度的灵活性,强大的求解器和较高的计算精度，进行求解时只需要将所建立的数学模型输入软件的PDE模块中，设定求解域，指定边界条件并划分网格后就可以进行求解，此外该软件具有强大的后处理功能，能够对结果数据进行各种形式的处理并绘制图像，便于研究人员对结果的分析[1]。
煤层气俗称瓦斯，是煤炭开采与含煤岩地区隧道工程的重大灾害隐患，但又是一种洁净的能源，我国煤层气资源丰富,约，但勘探试验工作起步较晚，煤层气抽放过程中其运移过程与机理复杂，因此，深究煤层气运移机理，对瓦斯抽采地面井的流场进行分析，合理开发煤层气资源，不仅能为国民经济的发展提供优质能源，有利于保护生态环境，而且有助于分析和了解瓦斯抽放的机理,寻求钻孔或巷道抽放瓦斯的合理布置方式[2]，从根本上消除或减少瓦斯爆炸事故，这都具有十分重要的意义[3]。
在瓦斯抽放过程中，钻孔周围的瓦斯在多孔介质中的流动速度由慢速流变为快速流变，对于这种过渡流动的模拟，属于需要自编程序计算的领域，因为转换不同的流动定律就需要转换不同的数学表达式。
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 ．
煤层钻孔瓦斯抽采半径数值模拟
煤层钻孔瓦斯抽采半径数值模拟为了寻求合理的钻孔抽采半径，采用数值模拟方法，应用Comsol Multiphysics软件对所建立的钻孔瓦斯抽采几何模型进行数值解算。
由数值解算结果可知：随着抽采时间的延长，钻孔周围煤层瓦斯压力逐渐减小；对钻孔周围煤体瓦斯流动的时效性进行了研究，确定了不同抽采时间段的有效半径，为合理确定抽采钻孔数量和提高抽采量提供依据。
标签：抽采钻孔；数值模拟；渗透率；瓦斯压力1 模型的建立假设钻孔周围煤体瓦斯流动符合Darcy Law，视瓦斯为理想气体，按照等温过程来处理瓦斯气体流动过程，煤层顶底板为不透气岩层，瓦斯仅在煤层中流动，基于理想气体状态方程和Darcy Law建立钻孔周围煤体瓦斯运动的动力力学模型，用于模拟钻孔周围煤体的瓦斯流动规律[4，6]。
1.1 几何模型本次抽采半径的数值模拟可采取二维平面模型进行模拟计算。
建立模型如图l所示：模型高（煤层厚度）为3m，长为80m，模型底部的边界固定，左右两侧的边界为竖直自由边界，顶部加载上覆岩层重力，顶部应力为8.04MPa，钻孔半径为94mm，抽采负压为13kPa，瓦斯压力为1.03MPa，钻孔布置在模型中心位置，取H方向为y轴方向，L方向为x轴方向。
1.1.1 数值计算模型选取抽采钻孔的俯视方向断面对其进行研究，几何模型如图1所示。
图1 均质煤层单孔抽采模型1.1.2 网格划分网格为默认自由网格并进行细化，如图2所示。
1.2 模型选择和边界条件初始条件：煤体内部初始瓦斯压力P（x，y）=1.03MPa，初始应力场位移ui=0，（i=1，2）。
边界条件：根据假设条件瓦斯气体只在煤层中流动，渗流场边界条件为：（1）2 应用实例为了能够得到钻孔周围煤体的抽采有效半径，依据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽采规范》的规定，煤层预抽率要求为30%，即残余瓦斯含量为原始瓦斯含量的70%，此时残余瓦斯压力为原始瓦斯压力值的49%，瓦斯压力下降51%。
基于瓦斯储量法测定钻孔有效抽采半径
山 西 焦 煤 科 技
方法 为走 向（ 倾向） 长壁后退式 ， 采 用轻 型综 采 ， 一 次 采全高 ， 全部 垮 落法 管理 顶板 。 １ 钻 孔有 效抽 采 半径 的定 义及 其 指标 的确 定 煤 层瓦 斯抽 采 钻 孔 有 效 抽 采 半 径 是 指 在规 定 时
瓦斯 压 力 降 低 法 的 原 理 是 煤 层 瓦 斯 压 力 与 钻￣ Ｌ Ｚ Ｐ Ｌ 底 负 压 差 克 服 远 处 煤 体 瓦 斯 运 移 至 钻 孔 的
键 措施 ， 钻 孔 布置 间 距 是 煤 层 瓦斯 抽 采设 计 的关 键 ，
有效 抽 采半 径是 钻 孔 布 置 间距 的依 据 。钻 孔 间距 过
小， 易 发生 串孔 现象 ， 并 增 加安 全成 本 ， 加剧 采 掘接 替 紧 张 的局 面 ； 钻孑 Ｌ 间距 过 大 ， 则 会形 成抽 采 盲 区 ， 易 于 引 发煤 矿 安全 事 故 … ．因 此 ， 通 过 科 学 的方 法 ， 确 定
第 ９期
２ ０ １ ６年 ９月
山 西 焦 煤 科 技
Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｃｏ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｎｏ． ９ Ｓ ｅ ｐ． ２０１ ６
・
专题 综述・
基于瓦斯储量法测定钻孔有效抽采半径
王 国 飞
间 内 以抽采 钻 孔为 中心 ， 此 半径 范 围 内的煤 层 瓦斯压 力 或 瓦斯含 量 降到 安全 容许 范 围 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６— ０ ６— ３ ０ 作者简 介： 王国飞（ １ ９ ８ ５ 一） ， 男， 山西定襄人 ， ２ ０ １ ２年 毕业 于 太 原 理 工 大 学 ， 工程师 ， 主 要 从 事 瓦斯 防 治 突 出管 理 工 作 （ Ｅ—ｍａ ｉ ｌ ） １ ９ ０ ２ ８ ９ １ ７ １ １ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ
基于COMSOLMultiphysics 研究煤与瓦斯突出
场耦合分析结果与实验分析结果的对比研究方法， 而且利用具体实际条件和工程项目成果指导突出的 多物理场耦合和突出相关实验。即对比综合研究的 技术方案，采用的技术路线，见图ｌ。
物理模 型改进 瓦斯突出问题
基于ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ研究煤与瓦斯突出 基于ＣＯＭｓＯＬ—Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ研究煤与瓦斯突出
１
进行了探讨和深入分析，提出了五种假说：于不凡教 授于１９７５年、１９７９年提出中心扩张学说；李萍丰博 士于１９８９年提出二相流体假说；周世宁教授和何学 秋教授于１９９０年提出流变假说；蒋承林教授和俞启 香教授于１９９５年提出地壳失稳假说；梁冰教授和张 梦涛教授于１９９５年提出流固耦合理论，通过相应的 控制微分方程（应力场，渗流场，温度场，电磁场等） 和边界条件、载荷条件构造对应的数学模型，调整建 模后可以输人ＣＯＭｓＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ进行数值模拟 计算和进行流固等多场耦合模拟：
业有限元数值分析软件，用于建模和仿真计算各学 科的科学和工程问题。是全球领先的对多物理场耦 合问题进行建模和仿真计算分析的专业软件，其最 突出的特点是同时处理相互影响、相互耦合的多物 理场问题。被评为全球第一款真正的多物理场耦合 分析软件。其显著特色为：①提供汉语操作界面；②
收稿日期：２００９－ｌｌ—１２ 作者简介：韦善阳（１９８３一），男，广西河池人。在读硕士研究生，研究方向为矿山灾害防治。
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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：
漳村煤矿不同条件下的瓦斯抽采效果模拟分析
总第257期doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2021.01.028漳村煤矿不同条件下的瓦斯抽采效果模拟分析岳学功（山西潞安环保能源开发股份有限公司漳村煤矿，山西长治046032）摘要:影响矿井瓦斯抽采效果的因素有很多，比如煤体的渗透率、孔间距、抽采负压、瓦斯压力、封孔的长度等等，而通过现场实测的方式来获得瓦斯抽采参数对抽采效果的影响一般工程量较大，并且不一定能够达到预期的效果，因此，文章主要针对试验矿井的具体情况,通过数值模拟的手段，研究其他条件不变时，漳村煤矿试验区域内不同瓦斯压力、抽采负压和煤体渗透率条件下对抽采效果的影响。
关键词：瓦斯抽采；数值模拟中图分类号:TD712.6文献标识码：B文章编号：1005-2798（2021）01-0083-02矿井瓦斯抽采作为煤矿瓦斯治理的根本方法，在瓦斯治理工作体系中占十分重要的地位，而影响瓦斯抽采效果的因素有很多，比如煤体的渗透率、钻孔的直径、孔间距、抽采负压、瓦斯压力、封孔的位置、封孔的长度、封孔的材料、封孔的工艺等。
国内许多矿井在设计瓦斯抽采钻孔的参数时，通常仅依靠日常经验来确定，然而由于煤层本身复杂的地质条件和矿井开采深度的增加，以经验确定的瓦斯抽采钻孔的参数不可能总是合理的，还存在很多问题亟待解决。
而通过现场实测的方式来获得瓦斯抽采参数对抽采效果的影响一般工程量较大，并且不一定能够达到预期的效果，因此，根据试验矿井的实际参数,利用数值模拟的方式开展不同瓦斯抽采参数对抽采效果的研究就成了一个很好的选择，对有效提高煤层瓦斯抽采效率以及对指导煤矿瓦斯防治工作都具有十分重要的现实意义。
因此,本文主要针对试验矿井的具体情况,利用Comsol Multiphysics软件,研究其他条件不变时，漳村煤矿试验区域内不同瓦斯压力、抽采负压和煤体渗透率条件下的钻孔瓦斯抽采效果的模拟分析［1］。
1试验地点概况漳村矿2802运巷位于28采区南部，其东侧为28采区大巷，南侧为漳村-常村井田边界，西侧为漳村-余吾井田边界，相邻常村、余吾井田不存在采空区,2802运巷北侧为未采区。
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。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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Ｋｅ ｙｗｏ ｒ ｄｓ： ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ｇ ａ ｓ； ｇ ａ ｓ — ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｃ ｏ ｕ ｐｌ ｉ ｎｇ； ｐｕ ｍｐｉ ｎｇ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ｕ ｓ； ｎ ｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
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 ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｉ ｍｉ ｎｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎｄ ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎｅ ｏ ｃ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｈｅ ｂｉ １ ０ｔ ｈ Ｃｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎｅ， ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ｍａ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ａ ｎｄ ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｓ ｓ ｕｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ｇ ａ ｓ， ａ ｇ ａ ｓ ・ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎｇ ｍａ ｔ ｈｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈｅ ｄ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈｅ ｌｏ ｆ ｗｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ． Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈｅ ｇ ａ ｓ ｆ ｌ ｏ ｗ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ａ ｓ — ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎｇ ａｎ—
２ ０ １ ４年第 ３ 期
中 州煤 炭
总 第２ １ ９ 期
郝天 轩 ， 延
（ １ ． 河南理工大学 安全学院 ， 河 南 焦作
福
４ ５ ４ ０ ０ ３ ）
４ ５ ４ ０ ０ ３ ； ２ ． 河 南省 瓦斯 地 质 与 瓦斯 治理 重 点 实验 室 ， 河南 焦作
摘要 ： 针 对鹤煤十矿的地质条件和瓦斯赋存情况 ， 根 据 煤 岩体 变形 理论 与煤 层 瓦 斯 流 动 理 论 和 煤 层 瓦斯 一 系 列 的假 设 ， 建立有关钻孔抽采煤层瓦斯流动气 固耦合数 学模型 ， 通过 Ｃ Ｏ Ｍ Ｓ Ｏ Ｌ Ｍｕ ｈ ｉ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ 对 抽放条 件下 瓦
ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ２． ５ ｍ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｍｏ ｎｔ ｈ． Ｔｈ ｕ ｓ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄｅ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｇ ｕ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｇ ａ ｓ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ， ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｔ ｈｅ ｂｌ ｉ ｎ ｄｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｉｅ ｆ ｌ ｄ
关键词 ： 煤层瓦斯； 气 固耦 合 ； 有效抽采半径 ； 数值模 拟 中图分类号 ： Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ６ 文献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３— ０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｅｆ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｒａ ｄｉ ｕ ｓ ｏ ｆ Ｇａ ｓ Ｄｒ ａ ｉ ｎａ ｇ ｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＯＭ Ｓ Ｏ Ｌ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｈｙ ｓ ｉ ｃ ｓ
斯 在 煤 体 中 的流 动进 行 了 气 固 耦合 模 拟 分 析 ， 利 用 模 拟 结 果 得 到 该 煤 层 的 有 效抽 采 半 径 在 ３个 月 的 时 间 内 为２ ． ５ ｍ， 进 而 对 现场 瓦 斯 抽 采 提供 理论 支 持 ， 避 免现 场 工作 的 盲 目性 ， 减少工程量 。
ｄｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｒ ａ ｉ ｎａ ｇ ｅ ｂｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ＣＯＭ ＳＯＬ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ． Ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｒ ａ ｄｉ ｕｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ
Ｈａ ｏ Ｔｉ ａ ｎ ｘ ｕ ａ ｎ 一， Ｙａ ｎ Ｆ ｕ
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ｉ ａ ｏ ｚ ｕ ｏ ４ ５ ４ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；