顺层钻孔瓦斯抽采流固耦合模型及数值模拟应用研究

作者

于宝种申孟起刘佳佳吴金刚
单位

中煤科工集团重庆研究院有限公司河南理工大学安全科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南工程学院
摘要

基于构建的顺层钻孔瓦斯抽采流固耦合模型，利用COMSOL模拟软件，结合某矿3901工作面的实际情况，开展本煤层顺层钻孔不同瓦斯抽采时间、钻孔间距的数值模拟研究。结果表明，有效抽采半径随着抽采时间的增加先快速增加后逐渐变缓，有效抽采半径与抽采时间呈对数函数关系，当抽采时间超过180 d时，抽采时间对有效抽采半径的影响较小，考虑采掘接续确定该工作面合理的抽采时间为180 d;抽采钻孔间距对煤层瓦斯压力的下降和抽采效果影响显著，布孔间距越小钻孔之间瓦斯压力下降幅度越明显，为了有效避免了“空白带”和抽采的无效叠加，结合3901工作面的实际情况，确定瓦斯抽采180 d后最合理的钻孔间距为6 m。
关键词

顺层钻孔瓦斯抽采流固耦合数值模拟
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金项目(52074106)；河南省优秀青年基金项目(222400420036)；河南理工大学创新型科研团队(T2023-3)；瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室开放基金(2021SKLKF01)；深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室开放基金项目(SKLMRDPC22KF11)；
文章目录

1 构建理论模型
1.1 基本假设
1.2 孔隙率—渗透率动态变化模型
1.3 煤岩体变形场控制方程
(1)本构方程。
(2)应力平衡方程。
(3)煤体变形方程。
1.4 煤岩瓦斯流动方程
(1)连续性方程。
(2)气体状态方程。
(3)煤体瓦斯含量方程。
2 数值模拟及结果分析
2.1 几何模型的建立
2.2 定解条件
2.3 数值模拟结果分析
2.3.1 抽采时间对瓦斯压力分布的影响
2.3.2 钻孔间距对瓦斯抽采效果的影响
3 结论