基于吸附效应的顺层钻孔抽采瓦斯渗流规律数值模拟摘要
随着我国煤矿开采逐年向深部沿伸,在构造挤压和剪切应力的作用下部分煤层呈现出煤质松软、渗透性差、瓦斯压力大的特点,导致瓦斯治理难度也相应增大。在现有的技术条件下,瓦斯抽采是解决煤矿治理问题的一项根本性措施。本文主要是针对预抽煤层瓦斯渗流特性,通过理论推导、数值模拟、现场应用等手段综合分析了基于吸附效应下瓦斯压力、渗透率等的变化规律,确定了煤层瓦斯预抽钻孔合理间距,并进行了工程现场验证:(1)通过煤层瓦斯渗流方程、煤层变形方程及Langmuir单分子层吸附方程,结合含瓦斯煤岩体渗透率动态方程,构造考虑瓦斯吸附效应的瓦斯抽采固-气耦合数值模型,并导入COMSOL Mutiphysics模拟软件进行计算;(2)针对数值模拟的结果,对不考虑吸附效应与不同吸附常数(VL、PL)下瓦斯压力、渗流速度,渗透率的变化规律进行综合分析,对瓦斯抽采进行了区域划分,研究在体积吸附常数和压力吸附常数影响下抽采三个时间段的渗流规律。结合压力分布的时空规律计算不同时间、不同吸附常数(VL、PL)下预抽钻孔的有效抽采半径;(3)根据模拟结果确定基于吸附效应下实验工作面瓦斯预抽钻孔间距,并针对工作面瓦斯涌出规律、回采情况进行现场的效果检验,并通过现场验证分析瓦斯抽采治理效果。论文研究可为本煤层预抽钻孔的布置提供依据,对于提高煤层瓦斯抽采率、降低瓦斯浓度与瓦斯超限机率,保证矿井安全生产具有重要意义。
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