松软煤层护孔抗压多通道集输花管研究与应用

煤炭学报
网络首发时间：2024-08-08 11:47:41

作者

王振锋曹良超卢志杰王峰
单位

河南理工大学能源科学与工程学院煤炭安全生产河南省协同创新中心河南神火煤电股份有限公司新庄煤矿神火集团许昌新龙矿业有限公司河南神火煤电股份有限公司
摘要

针对松软煤层预抽钻孔封孔后出现失稳坍塌引起预留花管堵塞或破损阻断瓦斯运移通道、严重影响瓦斯治理效果的问题，研究一种用于松软煤层钻孔瓦斯抽采的集输花管，其结构由瓦斯抽采管、小花管、抽采管-花管连接器、端头连接器和护孔防堵器构成。通过理论分析、数值模拟结合现场试验的研究方法，对钻孔失稳坍塌造成花管失效原因进行分析，基于COMSOL与Fluent仿真软件对原始花管和集输花管的抗挤压强度及流体流动状态进行模拟分析，研究显示：1)采用1 m长度的集输花管单孔瓦斯流量比原花管提高42.5%，过流面积提升152%，增加花管与钻孔负压接触面积的同时提高了单孔瓦斯流量。2)在花管外部施加不同围压时，集输花管的变形量始终小于原花管，且大部分压力被外部花管承担，对内部花管起到了很好的保护作用。3)原花管中流体流动较为紊乱，而集输花管中流体流动稳定，集输花管有效避免了抽采管中涡流现象的产生，减少了流体在管道流动中的能量损失，提升了花管内部的瓦斯流量。4)现场工业性对比试验结果表明：抽采初期，采用两种类型花管的钻孔瓦斯抽采浓度和流量相近；抽采60天后，采用集输花管的试验组钻孔平均瓦斯浓度比采用原始花管的对比组提高50.7%，平均瓦斯流量提升57.1%，随着抽采时间的延长，试验组钻孔瓦斯浓度和流量衰减更慢，采用集输花管的钻孔抽采效果优于采用原花管的钻孔。集输花管提高了钻孔瓦斯抽采流量和浓度，缩短了煤层瓦斯的治理周期。
关键词

瓦斯抽采集输花管抗挤压强度流动状态瓦斯浓度
文章目录

0引言
1.工程背景
2.集输花管的研究设计
2.1钻孔围岩失稳对花管的破坏分析
2.2结构设计原理
2.3抗挤压强度分析
3数值模拟分析
3.1穿层钻孔瓦斯涌出量分析
3.2瓦斯通过面积分析
3.3数值模拟分析
3.3.1抗围压强度分析
3.3.2花管流体特性分析
4工业试验
4.1对比试验
4.2数据对比分析
5结论
引用格式

王振锋,曹良超,卢志杰,等.松软煤层护孔抗压多通道集输花管研究与应用[J/OL].煤炭学报,1-14[2024-08-08].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.0462.
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