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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯数值模拟及试验
  • 作者

    刘晓李勇宣德全胡世雄荆天祥徐森

  • 单位

    河南理工大学 能源科学与工程学院武汉理工大学 安全科学与应急管理学院义马煤业集团有限公司中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心

  • 摘要

    水力冲孔是煤层瓦斯增透抽采的主要技术措施,其主要以出煤量考察卸压效果,但是也存在出煤量大、卸压不均一、应力易集中等问题。因此,提出软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯技术,考虑瓦斯压力压缩和煤基质吸附瓦斯膨胀对本体变形的影响,建立应力场、裂隙场、渗流场耦合条件下的多物理场理论模型,并结合COMSOL数值模拟软件对软煤夹层水射流分支数、卸压影响范围内煤体的瓦斯压力和瓦斯含量变化规律进行了研究。研究表明:当水射流分支长半轴为2 m,短半轴为0.22 m时,水射流分支数为6个时较为合理;在相同出煤率情况下,相同时间内瓦斯压力和含量均随着与钻孔距离的增加而减小,抽采180 d,水射流层状卸压有效抽采半径约为常规水力冲孔有效抽采半径的2.14倍,且在有效影响范围2 m时,水射流层状卸压瓦斯含量降低量为7 m3/t,而常规水力冲孔瓦斯含量降低量为4.1 m3/t,水射流层状卸压瓦斯降低量为常规水力冲孔的1.71倍;在新义煤矿现场试验中发现,当水射流层状卸压出煤率为常规冲孔出煤率的0.29~0.71倍,抽采较高浓度瓦斯时长仍是常规水力冲孔的2倍。软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯技术的提出,对未来煤矿井下软煤夹层水力冲孔技术的发展有着重要的意义,为井下瓦斯的治理提供了新的方法和方向。

  • 关键词

    软煤夹层层状卸压瓦斯抽采数值模拟多物理场耦合新义煤矿

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金青年项目(51804100);2015年河南省科技攻关项目(152102310095)
  • 文章目录

    1 软煤夹层水射流层状卸压的意义

    2 瓦斯抽采流固耦合模型

      2.1 孔隙率和渗透率数学模型

      2.2 含瓦斯煤岩变形场方程

      2.3 含瓦斯煤渗流场方程

    3 层状卸压抽采瓦斯数值模拟

      3.1 层状卸压模拟基本情况

      3.2 模型射流分支数确定

      3.3 层状卸压抽采煤层瓦斯压力和瓦斯含量时空演化规律

    4 现场试验

    5 结论

  • 引用格式
    刘晓,李勇,宣德全,等. 软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯数值模拟及试验[J]. 煤田地质与勘探,2021,49(2):54–61.
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