长钻孔具有抽采流量大、抽放时间长的优点,但是由于钻孔长度过长,在瓦斯流动过程中会有负压衰减,负压衰减对抽采效果有着重要影响。通过对瓦斯赋存和瓦斯运移的研究,结合对煤体进行受力分析,根据有效应力原理和吸附膨胀内向应变推导孔隙率和渗透率的演化方程,建立了煤层瓦斯扩散-渗流的模型,得到了计算钻孔内各区段沿程阻力损失的公式。采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件针对影响抽采钻孔内负压衰减的因素进行了数值模拟,结果表明:初始瓦斯压力、初始渗透率、初始扩散系数、煤层厚度、钻孔间距与钻孔内的负压损失呈正相关;初始瓦斯压力、初始渗透率、初始扩散系数越大,孔口负压降低速度越快;随着煤层厚度、钻孔间距的增加,孔口负压降低的速度放缓;随着钻孔直径的增加,钻孔内的负压损失呈现出减小的趋势,且孔口负压随时间的降低速度也随钻孔直径的增加减慢。研究结果对于提高瓦斯抽采率以及煤矿安全生产具有一定的指导意义。

国家自然科学基金项目（51974321,51774292,51874314,51804312）；

1 预抽长钻孔负压沿孔长衰减理论模型构建
1.1 模型假设
1.2 煤体的有效应力原理
1.3 煤体孔隙率和渗透率模型
1.4 瓦斯在煤层中的扩散方程
1.5 瓦斯在煤体中的渗流方程
1.6 预抽钻孔负压沿孔长衰减分析
1.6.1 钻孔负压沿孔长衰减理论分析
1.6.2 钻孔负压沿孔长衰减计算公式
2 钻孔负压沿孔长衰减的影响因素数值模拟研究
2.1 几何模型及定解条件
2.2 物理模型的建立
2.3 负压衰减的影响因素分析
2.3.1 初始渗透率对负压衰减的影响分析
2.3.2 初始瓦斯压力对负压衰减的影响分析
2.3.3 初始扩散系数对负压衰减的影响分析
2.3.4 衰减系数对负压衰减的影响分析
2.3.5 煤层厚度对负压衰减的影响分析
2.3.6 钻孔直径对负压衰减的影响分析
2.3.7 钻孔间距对负压衰减的影响分析
3 结论

徐超,王建文,杜昌昂,周爱桃,王凯.瓦斯抽采长钻孔负压沿孔长衰减机制及影响因素模拟研究[J].采矿与安全工程学报,2021,38(02):419-428.