馬蘭礦煤體滲流特性及超長鉆孔瓦斯抽采數(shù)值模擬研究.pdf

1、瓦斯涌出量高、治理難度大是多年來高瓦斯礦井安全生產(chǎn)面臨的最關(guān)鍵的問題之一，高效的抽采瓦斯是解決該問題的主要方法。馬蘭礦多年來連續(xù)被鑒定為高瓦斯礦井，自2013年開始被鑒定為突出礦井，煤層瓦斯抽采工作從未間斷，為了能夠更加高效地進行瓦斯抽采，本文針對9＃層的具體情況，采用實驗的方法對本層煤的瓦斯?jié)B流特性進行了多方面的研究，并將研究所得的滲透率的變化規(guī)律作為耦合變量引入到數(shù)值模擬所用的數(shù)學模型中，對本層煤使用超長鉆孔進行煤層瓦斯抽采過程中瓦

2、斯壓力分布規(guī)律以及瓦斯抽采總量的變化進行了數(shù)值模擬，通過工程實踐結(jié)果驗證了數(shù)值模擬的正確性，并據(jù)此提出了下一步瓦斯抽采目標，具體研究內(nèi)容如下：
　　使用電液伺服三軸滲流實驗裝置研究了固定載荷下瓦斯壓力、圍壓、軸向應力對含瓦斯煤滲透率的影響以及全應力-應變和卸圍壓條件下煤樣滲透率變化規(guī)律。對實驗結(jié)果進行分析得出：由于 Klink enb erg效應的存在，瓦斯壓力與滲透率之間存在明顯的拋物線關(guān)系，Klinkenberg拐點在1.4M

3、P a左右，低于1.4MP a時，滲透率逐漸降低，高于1.4MP a時，滲透率逐漸升高；圍壓和軸向應力與滲透率的變化關(guān)系都為非線性指數(shù)關(guān)系；含瓦斯煤全應力-應變以及卸圍壓過程中滲透率都表現(xiàn)出先減小后增大的規(guī)律，瓦斯壓力較小時，軸向應力為整個破壞過程中最關(guān)鍵的因素，瓦斯壓力越高，煤樣越容易破碎，較大的瓦斯壓力會在煤樣破碎過程中起到?jīng)Q定性作用。
　　使用COMSOL Multiphysics軟件對瓦斯抽采鉆孔深度不同、抽采負壓不同、抽

4、采時間不同時瓦斯壓力分布規(guī)律和抽采瓦斯總量進行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果顯示：抽采初期，鉆孔淺處徑向壓力梯度的改變明顯快于鉆孔深處，隨著抽采天數(shù)的增加，鉆孔深處徑向瓦斯壓力梯度的穩(wěn)定明顯滯后與鉆孔淺處，說明瓦斯抽采初期，瓦斯抽采重點區(qū)域在徑向距離較小以及鉆孔較淺區(qū)域，隨著抽采天數(shù)的增加，瓦斯抽采重點區(qū)域向徑向距離較大以及鉆孔深處轉(zhuǎn)移；鉆孔深度越大，瓦斯抽采難度越大，適當提高瓦斯抽采負壓能夠有效提高鉆孔深處瓦斯抽采效率；抽采負壓為13KP a，

5、鉆孔總深度分別為600m、700 m時，從抽采瓦斯總量可判斷出其抽采瓦斯有效天數(shù)分別為為500d左右和600d左右；
　　對馬蘭礦9#層600m超長鉆孔進行了統(tǒng)計分析，通過對不同時期瓦斯抽采總量的分析驗證了數(shù)值模擬的正確性，并據(jù)數(shù)值模擬提出，1#鉆場有效抽采瓦斯時間為500d左右，單孔瓦斯抽采總量預計為105572m3，2#鉆場有效抽采時間為600d左右，單孔瓦斯抽采總量預計為123167 m3。通過本文的研究對9#層煤的瓦斯?jié)B流