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
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。
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
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