叠加效应下多孔水力割缝联合抽采参数优化研究

作     者：倪兴 NI Xing

作者机构：中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122 

出 版 物：《工矿自动化》 (Journal Of Mine Automation)

年 卷 期：2023年第49卷第1期

页      面：146-152页

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2017YF080420701)。 

主　　题：瓦斯抽采 水力割缝 割缝钻孔 叠加效应 有效抽采半径 布孔优化 

摘      要：针对低透高瓦斯煤层在水力割缝过程中存在割缝扰动范围不清、割缝钻孔最佳布孔间距不明确的问题,以贵州豫能高山煤矿1908工作面为研究背景,在建立水力割缝煤体瓦斯抽采流固耦合模型的基础上,借助COMSOL数值模拟软件对高山煤矿1908工作面水力割缝钻孔有效抽采半径、孔周瓦斯压力变化情况进行了研究,并依据模拟结果深入分析了水力割缝钻孔在多孔布置时,受孔间抽采叠加效应影响下有效抽采范围及孔间瓦斯压力变化情况,最终得出其最佳布孔间距及抽采时间。结果表明:(1)水力割缝钻孔单孔抽采效果随割缝深度显著提升,但钻孔有效抽采半径增速变缓,为得到最佳割缝深度,对各钻孔有效抽采半径进行三项式拟合,随着水力割缝深度的增加,有效抽采半径范围在快速增加后放缓且最终趋于平稳,并得出了高山煤矿最佳割缝深度为1.5 m,有效抽采半径达为3.1 m。(2)在相同抽采时间下,煤体内瓦斯压力随两孔距的缩短而降低,说明孔间距越小,孔间受水力割缝所造成的扰动越剧烈,抽采叠加效应影响越显著。(3)在保证消突达标的前提下,选择孔距为7 m进行水力割缝钻孔布置效果最佳。(4)原本在“正方形布孔方式中,孔心位置可能出现抽采盲区的点最大瓦斯压力仅为0.67 MPa,小于临界值,“正方形布孔较“正三角布孔的有效覆盖面积更大且减少了抽采重复区域,从而减少了钻孔施工量,提高了瓦斯治理效率。(5)通过现场试验得出在60 d抽采周期内,水力割缝钻孔布置采用孔距为7 m的“正方形布孔可有效提高瓦斯抽采浓度及抽采纯量,并达到了延长高效抽采周期的效果,且可消除孔间煤体瓦斯抽采空白带,实现孔间区域煤体消突达标。