针对突出煤层采用水力冲孔时影响范围不确定、抽采效果差异大的问题,在中马村矿开展不同冲孔规模条件下多场演化规律及参数优化的项目研究。以岩石力学理论为基础,依据多孔介质渗流理论进行理论分析,运用COMSOL Multiphysics数值模拟分析软件进行数值模拟,创建含瓦斯煤流固耦合方程及定解条件。通过水力冲孔卸压增透理论分析、煤层瓦斯流动模型计算、水力冲孔基础参数分析及抽采效果考察,研究分析该矿区水力冲孔钻孔的卸压范围及抽采有效半径。所形成的水力冲孔影响范围测试方法,为不同地质条件下的水力冲孔技术参

本文根据中兴煤业315工作面运输巷实际情况,利用Comsol-Multiphysics软件建立相关的流固耦合模型。通过数值模拟,得出顺层单钻孔形成的卸压带、钻孔瓦斯流量以及钻孔瓦斯流量衰减系数三个方面的相关数据,并将所得数据与现场实测数据对比。结果表明:煤体单钻孔在12MPa上覆地层压力作用下形成的卸压区约为0.3m;钻孔瓦斯流量随时间衰减先快后慢,大约在50min后趋于稳定;钻孔瓦斯流量速度随时间先快后慢。瓦斯钻孔及瓦斯参数与现场实际规律相符合。

为了探究钻孔瓦斯抽采过程中瓦斯压力随时间的变化规律,通过建立流-固耦合模型,考虑渗透率、孔隙率和体积应变的动态变化,结合矿井煤层物性参数,运用多物理场软件进行了模拟分析。分析结果表明:随着抽采时间的延长,钻孔周围煤体瓦斯压力逐步降低,在瓦斯抽采过程中,瓦斯压力的降低有助于渗透率的提高,但影响效果甚微,埋藏深度对煤层渗透率起主导作用。

瓦斯抽采有效半径的准确确定关系到钻孔布置参数的设定、矿井抽采的设计以及矿井的安全生产等诸多方面。本文通过建立流固耦合模型,模拟计算得到不同时间钻孔附近瓦斯压力变化曲线,并总结出瓦斯有效半径的变化趋势;通过参数化扫描对不同抽采负压进行模拟,得到60 d时瓦斯压力分布曲线,发现抽采负压的大小对有效半径的影响有限。通过分析,认为井下钻孔抽采瓦斯存在一定缺陷:钻孔附近由于应力集中,降低了煤层渗透率,不利于提高瓦斯抽采效率。