基于COMSOL Multiphysics的瓦斯有效抽采半径的研究
基于COMSOL-Multiphysics研究煤与瓦斯突出
煤 与 瓦斯突 出一 直都是 困扰 煤矿 安 全开 采 的主 进 行 了探 讨 和深入 分析 ， 出了五 种假 说 ： 提 于不 凡教 要 隐患 ， 其产 生 的灾难 性后果 ， 重地 威 胁着 煤炭 工 授 于 １７ 严 ９ ５年 、９ ９年提 出 中心 扩 张学 说 ； 萍 丰博 １７ 李 业 的稳 步健 康发 展 。国 内外 研究 者在 研 究煤 与 瓦斯
总 第 １７期 ２
ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ ２ ９ ． ０ ０８ ２ １ ． ５ ０ ５ ｓ
基 于 Ｃ ＭＳ Ｌ—Ｍｕ ｉｈ ｓ ｓ研 究 煤 与 瓦斯 突 出 Ｏ Ｏ ｈｐ ｙｉ ｃ
韦善 阳 ， 马科伟 ， 李波波
（ ｈ ｎｎ ｏ ｅｅｏ ｕ ｈ ｕＵ ｉ ｒ ｔ，ｕ ａｇ ５ ０ ０ ，ｈｎ ） ＴｅＭｉｉ Ｃ ｌｇ Ｇ ｉ ｏ ｎｖ ｓｙ Ｇ ｉ ｎ ５０ ３ Ｃ ｉ ｇ ｌ ｆ ｚ ｅｉ ｙ ａ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： ａ ｅ ｎａｙ ｅ ｈ ｅ ｓｂｉ ｔ ｎ ｈ ｕｐ ｒｏ ｉｙ ｏ ｓ ｒ ｃ Ｔｈｅ ｐ ｐ ｒａ ｌ ｚ ｓｔ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｉｒｔ ｆＣＯＭ Ｓ ｉ ＯＬ ｕ ｐｈ ｓｃ ｎ ｓ ａ ｃ ｎｇｏ ｏ ｌａ ａ ｕ ｂ ｒ ｔ Ｐ ｉ ｔ Ｍ ｈｉ ｙ ｉ ｓｉ ｅ ｒｈｉ ｎ ｃ ａ ｎｄ ｇ ｓｏ ｔ ｕ ｓ ． ｏ ｎ—
通过 模拟仿 真 软件进 行卓 有成 效 的处理 。以下 将讨 计 算 和进行 流 固等多场耦 合模 拟 。
论应 用 Ｃ ＭＳ ＬＭｕ ｉｈ ｓ ｓ研 究 煤 与 瓦斯 突 出 的 Ｏ Ｏ ｈｐ ｙｉ ｃ
可行 性及优 越性 。
２ Ｃ ＭＳ ＬＭｕ ｉｈｓ ｓ研 究煤 与 瓦斯 突 出 Ｏ Ｏ ｈｐ ｙｉ ｃ 的优越性分析
瓦斯抽采钻孔有效影响半径的理论模型及数值分析
参数 是不合 理 的 。 近年 来 ，国 内外 学者 在煤 层瓦 斯 别 为 ：
流动 理论研 究方 面进 行 了深入 的研 究 ， 逐步 建立 和
完善 了综合 考虑 含 瓦斯煤 的吸 附应 力 、 孔 隙压力 以
ｎ （ １ ＋ｐＩ Ｐ Ｌ ）
（ １ ）
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及应 力作用 下 的瓦斯 渗流 理论 模型［ ７ － １ ０ 】 ；同时 ，随 着计 算机解 算 算法 的优化 和提 高 ， 理论 计算 得到 的 瓦斯 抽采 有效 影响 半径 的可信 度大 大提 高 。 本文 基
２ ． １变形 场控 制方 程 煤 体对 瓦斯表 现 出较 强 的吸 附作用 ， 并产 生吸
附膨 胀应 力 ，导致煤 体 的受力 分布 发生 变化 。含吸
附瓦斯 煤 体 的吸 附 膨胀 应变 和 应 力计 算 公 式【 ｌ ｌ Ｊ 分
Ｖ Ｌ ｐｓ ＲＴ ｌ
Ｅｓ ｗ —
…
径， 并 以此 设计 抽采钻 孔数 目、间距和 抽采 负压 等
斯 抽采 设计 中显得 尤 为重要 。目前 ， 有 效影 响半径
斯流场 的变化 ， 同时确 定 了不 同预 抽 期 内瓦斯抽 采
的测 定方法 主要 分为 现场测 定和 理论 计算 两类 。 前 钻孔 的有 效影 响半径 ， 为钻 孔参 数 的合 理设 计和 布 者 虽然 准确 度高 ，但 具有测 定 周期长 ，工 程量 大 ， 置提供 了理论参 考 依据 。
Ｄ ０ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ６ ３ ９ ６ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ９ ． ０ １ ０
１ 前言
煤矿 瓦斯 抽采 能够 有效 降低 瓦斯压 力 、 防止 瓦
基于COMSOL数值模拟的瓦斯抽采半径测定
基于COMSOL数值模拟的瓦斯抽采半径测定崔永青1，李永军1，刘飞2（1.山西马堡煤业有限公司,山西长治046013；2.煤科集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁沈阳110000）摘要：山西马堡煤业有限公司经国家安全部门鉴定属于高瓦斯矿井,矿井绝对斯涌出量高达58.17m3/min，瓦斯问题严重威胁着矿井的安全和生产的效率。
所以瓦斯预抽工作显得尤为重要，要进行高效的预抽工作“有效半径测定”是必不可少的重要过程。
本文利用数值模拟软件COMSOL对15号煤层进行模拟解析，通过软件运算得出有效的抽采半径并且进行了现场的实际施工检验，准确的测定了马堡矿15号煤层的抽采半径。
为以后的生产提供了有力的基础数据。
关键词：开采煤层;瓦斯抽采；数值模拟；抽采半径中图分类号：TD712文献标志码：A文章编号：1009-0797（2019）03-0194-03Determination of Gas Extraction Radius Based on COMSOL Numerical SimulationCUI Yongqing1，LI Yongjun1，LIU fei2（1.Shanxi Mabao Coal Industry Co.,Ltd.，Changzhi046013，China；2.Coal research group Shenyang Research Institute Co.,Ltd,State Key Laboratory of coal mine safety technology.，Shenyang110000，China）Abstract:Shanxi Mabao Coal Industry Co.,Ltd.is a high gas mine appraised by the state security department.The absolute emission of the mine is as high as58.17m3/min.The gas problem seriously threatens the safety and production efficiency of the mine.Therefore,gas pre-drainage work is particularly important,to carry out efficient pre-drainage work"effective radius measurement"is an essential important process.In this paper,the numerical simulation software COMSOL is used to simulate and analyze No.15coal seam.The effective extraction radius is obtained by software calculation and the actual construction test is carried out.The extraction radius of No.15coal seam in Mabao Coal Mine is accurately measured.It provides strong basic data for future production.Key words:mining coal seam;gas drainage;numerical simulation;extraction radius0引言煤层瓦斯抽采影响半径是指：在规定或允许的时间内，煤层瓦斯压力开始下降点到抽采钻孔中心的距离[1]。
司马煤矿3号煤层瓦斯抽采半径优化与实践
收稿日期:2023 05 21基金项目:国家自然科学基金(52274192)作者简介:牛金明(1973-),男,山西高平人,工程师,从事煤矿技术管理工作㊂doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.12.001司马煤矿3号煤层瓦斯抽采半径优化与实践牛金明,李金华(山西潞安集团司马煤业公司,山西长治㊀047105)摘㊀要:司马煤矿井下瓦斯抽采缺乏理论以及实践支持,导致矿井3号煤层的瓦斯抽采效果时常达不到预期㊂因此,文章利用了COMSOL Multiphysics 数值模拟软件对3号煤层瓦斯抽采半径进行了模拟优化,并利用瓦斯压力降低法,在1208运巷进行了工程验证,最终得到该3号煤层的最佳瓦斯抽采天数为60~80d,同时选择抽采半径为2~3m 时较为合适㊂综合考虑抽采成本和抽采标准要求,最终确定抽采时间为60d,钻孔间距为4~5m,1208工作面的煤层瓦斯压力可以降至原始压力的60%以下㊂关键词:数值模拟;瓦斯治理;有效抽采半径;压降法中图分类号:TD712㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2023)12 0001 05Optimization and Practice of Gas Extraction Radius in No.3Coal Seam of Sima Coal MineNIU Jinming,LI Jinhua(Sima Mining Company of Shanxi Lu 'an Group ,Changzhi ㊀047105,China )Abstract :The lack of theoretical and practical support for underground gas extraction in Sima Coal Mine leads to the effect of gas ex-traction in No.3coal seam often fails to meet expectations.Therefore,in this paper,COMSOL Multiphysics numerical simulation soft-ware was used to simulate and optimize the gas extraction radius of No.3coal seam,and the gas pressure reduction method was used to carry out engineering verification in roadway 1208.Finally,the optimal gas extraction days of the No.3coal seam were 60~80days.At the same time,it is more suitable when the extraction radius is 2~3m.Considering the extraction cost and extraction standard require-ments,it is finally determined that the extraction time is 60days,the drilling distance is 4~5m,and the coal seam gas pressure at the working face of 1208can be less than 60%of the original pressure.Key words :numerical simulation;gas control;effective extraction radius;pressure drop method㊀㊀瓦斯抽采技术在我国历经几十年发展,煤矿瓦斯灾害防治方面具有举足轻重的作用[1-2]㊂瓦斯灾害严重威胁煤矿安全生产,目前多采用瓦斯抽采的方法从根本上对瓦斯灾害进行治理[3-4]㊂其中,钻孔抽采是最常用的抽采技术措施[5-6],钻孔间距是影响瓦斯抽采效果的重要参数,合理的钻孔间距布置既可以避免抽采空白区,又可以有效降低抽采成本[7-8]㊂基于此,Wu Bing 等[9]利用FLAC 3D 软件,进行了井下瓦斯抽采模拟,并通过现场试验进行验证,发现模拟结果与测试结果基本一致㊂王兆丰等[10]通过数值模拟的方法计算了瓦斯抽采钻孔的合理抽采负压和有效抽采半径㊂Liu 等[11]分析瓦斯抽采过程中多个钻孔的叠加效应,发现多个钻孔同时抽采会影响单个钻孔的抽采效率和影响范围㊂陈月霞等[12]以有效抽采半径㊁叠加效应㊁三维瓦斯压力等压面的形状及有效抽采区域体积大小为指标的钻孔间距数值计算考察方法,为煤矿井下钻孔间距优化布置提供参考㊂综上所述,瓦斯抽采钻孔的布置应基于其有效抽采半径,并兼顾瓦斯抽采效果和工程成本[13]㊂司马煤业由于煤层地质构造复杂㊁透气性差,是低瓦斯难抽采煤层的典型代表[14-15]㊂由于缺乏理论以及实践支撑,导致矿井的瓦斯抽采效果达不到预期,影响煤矿的安全开采㊂因此本文依据实测储层参数,采用了COMSOL Multiphysics 数值模拟软件对司马煤业3号瓦斯有效抽采半径进行模拟优化,㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷㊀第12期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年12月并通过瓦斯压力降低法,在1208运巷610~710m处展开试验,得到该3号煤层的瓦斯抽采有效半径,对模拟优化结果进行了验证,为司马煤业3号煤层瓦斯抽采方案设计提供借鉴㊂1㊀瓦斯地质特征1.1㊀构造特征司马煤业位于山西省东南部,沁水煤田的东部,长治以南4km,井田位于晋(城)~获(鹿)褶断带南段的主要构造形迹长治大断裂的西侧,西接武~阳凹褶带,构造形迹呈 多 字型排列规律㊂井田总体呈一走向NNE,倾向NW,倾角4ʎ的单斜构造,并伴有宽缓褶曲和少量断裂构造,无岩浆岩侵入[16]㊂1.2㊀煤层及瓦斯3号煤层位于山西组中下部,为当前主采煤层[17],煤层平均埋深440m,煤层厚5.47~7.80m,平均6.62m.3号煤最大镜质组反射率为1.67%~ 1.83%,属贫煤-贫瘦煤;煤体结构以碎裂煤为主,实测煤体坚固性系数为0.60~0.68,瓦斯放散初速度为12.8~16.0;3号煤层瓦斯吸附常数a介于34.15~38.36m3/t,b介于0.58~0.68MPa-1.矿井在3号煤层1208运输巷和1303回风巷实测瓦斯含量4.38~6.02m3/t,实测瓦斯压力0.20~ 0.43MPa.2㊀瓦斯抽采半径数值模拟优化2.1㊀物理模型建立本文主要利用了COMSOL Multiphysics数值模拟软件对瓦斯抽采半径模拟优化,通过建立模型,对实测参数进行数值模拟计算,并根据数值模拟计算的结果进行分析,确定合适的钻孔间距以及抽采时间㊂模型模型长ˑ高为20mˑ6m,孔径深度和直径分别为120m和94mm,煤层埋深440m,垂直方向承载上覆岩层的重力作用于图中AB面,为10MPa,两侧边界AC面㊁BD面受侧压力影响,为2.5MPa,煤层初始瓦斯压力赋值0.51MPa,煤层瓦斯含量6.02m3/t.图1㊀垂直于钻孔的煤体几何模型依据实验室测试以及现场实测数据确定数值计算的关键参数如表1所示㊂表1㊀3号煤层基本参数物理量含义参数值φ0初始孔隙度 6.39%p0初始瓦斯压力/MPa0.51ρs0煤初始密度/(g㊃cm-3) 1.47k m煤岩基质的弹性模量/MPa 2.15ˑ103μ0瓦斯初始动力粘度/(Pa㊃s-1) 1.43ˑ10-5k0煤层初始渗透率/mD 4.453 2.2㊀数值模拟结果分析本次建立孔群抽采的数值模型,分析不同钻孔间距(4m㊁5m㊁6m)条件下的钻孔周边煤层瓦斯压力实时数据㊂图2为抽采过程中1d㊁15d㊁30d和90d 时,不同间距抽采下垂向煤层瓦斯压力分布云图㊂图2㊀不同孔距垂向钻孔瓦斯抽采压力分布㊀㊀不同孔距抽采瓦斯监测点瓦斯压力变化曲线如图3所示㊂由图可知:1)㊀测试点的瓦斯压力随抽采时间的增大而降低,且瓦斯压力的降低速率整体上随时间的增大而减小,即呈现出减速降低的趋势㊂2)㊀抽采前7d瓦斯压力降低的趋势较为明2㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷显,当超过30d后,瓦斯压力降低的速率变化较小,基本呈现出线性减低的趋势㊂3)㊀不同钻孔间距情况下,瓦斯压力降低基本呈现出相同的降低趋势㊂钻孔间距越小,瓦斯压力越小,即增加抽采孔的密度可有效减低瓦斯压力㊂图3㊀不同孔距抽采瓦斯监测点瓦斯压力变化曲线不同孔距抽采瓦斯压力随时间变化曲线如图4所示,由图可知:1)㊀煤层内的瓦斯残存压力随钻孔间距的增大而增大,并随抽采时间的增大而减小;2)㊀相比于抽采30~60d,抽采60~90d的煤层残存压力变化较小,这表明在抽采60d后煤层残存压力趋向于稳定;3)㊀‘煤矿瓦斯抽采达标暂行规定“要求抽采后的瓦斯压力应降低至原煤层瓦斯压力的60%以下,在抽采60d后,孔距为4m㊁5m和6m的情况下,瓦斯压力分别降低至初始值的47%㊁53%和63%.图4㊀不同孔距抽采瓦斯压力随时间变化曲线3㊀瓦斯抽采半径测试采用有效抽采半径的方法对司马煤矿3号煤层二采区1208运巷进行模拟研究㊂3.1㊀测试方法可以按照不同矿井的实际条件选择合适的瓦斯抽采半径测试方法,目前对钻孔瓦斯抽采有效半径的测定应用主要为现场测试法,但考虑到司马煤业的现场实际操作条件复杂,选用钻孔瓦斯压力下降法对3号煤层的瓦斯抽采半径进行考察,选用抛物线方程来近似取代煤层瓦斯含量曲线:X=a P(1)式中:X为瓦斯含量,kg/m3;a为煤层瓦斯含量系数;P为瓦斯压力,MPa.3第12期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀牛金明,等:司马煤矿3号煤层瓦斯抽采半径优化与实践㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀按照‘煤矿安全规程“㊁‘煤矿瓦斯抽采基本指标“等要求煤层瓦斯预抽率要大于30%.瓦斯压力代入瓦斯含量可得,当瓦斯预抽率为30%以上时,抽采后的残余瓦斯压力应小于原始瓦斯压力49%.即瓦斯压力下降量应大于原始瓦斯压力的51%,基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术依据该原理来得出㊂3.2㊀施工方案根据司马煤业实际生产情况进行抽采钻孔设计,钻孔布置如图5所示㊂测试地点位于二采区在1208运巷610~710m 处,共布置15个钻孔,其中抽采孔10个,测压孔5个(分别为1~5号孔)㊂各组测压孔与抽采孔间距依次取1.5m㊁2m㊁2.5m㊁3m 和3.5m,每组间隔25m,抽采孔和测压孔倾角均为5ʎ,方位垂直于煤壁,封孔长度均为50m,孔深均为65m,开孔高度1.7m,钻孔直径94mm.首先施工Φ94mm 的测压钻孔,压力测定采用4分无缝钢管,封孔深度为45m,采用1.0MPa 标准压力表㊂测试点钻孔布置如图5所示,每天测试次数不少于1次,观测不少于80d,抽放期间要保证抽放负压基本维持稳定㊂3.3㊀测试结果测压钻孔采用被动测压法观测25d 左右,瓦斯压力稳定后,施工抽采孔并接入矿井已有的预抽管路进行瓦斯抽采㊂由于预抽钻孔的瓦斯抽采半径会受到很多因素的影响,包括煤层瓦斯压力㊁钻孔直径㊁抽采时间㊁抽采负压等因素㊂因此,本次压力测试过程中的钻孔直径为Φ94mm,测定煤层相对瓦斯压力介于0.36~0.43MPa,抽采负压为23kPa 左右,考察抽采时间最大为80d.同时对司马煤业1208运巷5个测压钻孔压力值数据进行统计,分别对测压钻孔抽采40d㊁60d㊁80d 的数据进行分析,统计数据如表2所示㊂通过数据分析得出:当抽采天数为60d 时,1号和2号压力测试钻孔中瓦斯压力下降幅度均超过51%,抽采半径为1.5m 和2m 均满足瓦斯抽采有效半径的确定指标,因此确定3#煤层抽采半径为2m;当抽采天数为80d 时,1号㊁2号㊁3号和4号压力测试钻孔中瓦斯压力下降幅度均超过51%,抽采半径为1.5m㊁2m㊁2.5m 和3m 均满足瓦斯抽采有效半径的确定指标,因此确定3号煤层抽采半径为3m.图5㊀钻孔布置图表2㊀测压钻孔瓦斯压力统计分析观察时间1号压力/MPa 降幅/%2号压力/MPa 降幅/%3号压力/MPa 降幅/%4号压力/MPa 降幅/%5号压力/MPa 降幅/%初始压力0.39-0.36-0.40-0.43-0.38-40d0.14640.16570.27320.31260.321660d0.11730.12680.21480.26380.263180d0.08790.10730.15620.24430.2436㊀㊀综合以上可知,司马煤业3号煤层抽采天数为60d 以下,选择抽采半径为2m 时较为合适;3号煤层抽采天数为60~80d,选择抽采半径为2~3m 时较为合适;3号煤层抽采天数为80d 以上,选择抽采半径为3m 时较为合适㊂通过以上对3号煤层瓦斯抽采半径实测数据统计,得到测压钻孔瓦斯压力统计表,见表3.表3㊀测压钻孔瓦斯压力统计分析参数钻孔编号1号2号3号4号考察半径/m 1.522.53初始压力/MPa 0.390.360.400.43最终压力/MPa 0.080.100.150.20下降幅度/%79.572.262.553.5下降51%天数/d273365684㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷通过对表3中数据进行线性回归,得到3号煤层瓦斯抽采有效半径与抽采天数的对应关系,对应曲线图如图6所示㊂根据司马煤业3号煤层瓦斯抽采半径和抽采天数关系图得出回归方程:Y=1.5184ln(x)-3.4914,相关性为0.9724.由于本次瓦斯抽半径现场测定时间为80d,测定时间较短㊂矿方在实际生产中,可根据以上公式按照实际抽采天数判定煤层瓦斯抽采半径数值,但3号煤层最大瓦斯抽采半径不超过4.72m.图6㊀3号煤层瓦斯抽采半径与天数关系图通过现场实测3号煤层瓦斯抽采半径与数值模拟分析结果进行比较,当抽采天数为60d时,抽采半径为2.5m时满足瓦斯抽采有效半径的确定指标;当抽采天数达到90d时,抽采半径为2.5m和3m时均满足瓦斯抽采有效半径的确定指标㊂现场实际测定结果与瓦斯抽采半径数值模拟结果基本相符㊂4㊀结㊀语1)㊀根据模拟结果,司马煤业3号煤层在抽采60d以后,瓦斯压力的下降幅度趋于缓慢,从经济角度考虑合理抽采时间为60d.抽采60d后,在钻孔间距为4m以及5m的情况下,瓦斯压力可降至煤层瓦斯原始压力的60%以下,布置4~5m孔距符合瓦斯抽采标准㊂2)㊀根据实测数据,当抽采天数为60d时,抽采半径为1.5m和2m均满足瓦斯抽采有效半径的确定指标,确定3号煤层抽采半径为2m;当抽采天数为80d时,抽采半径3m可满足瓦斯抽采有效半径的确定指标㊂3)㊀模拟结果与实测数据基本吻合,可确定为司马煤业3号煤层最佳抽采天数为60~80d,同时选择抽采半径为2~3m时较为合适;可按照实际抽采天数判定煤层瓦斯抽采半径数值,但3号煤层最大瓦斯抽采半径不超过4.72m.参考文献:[1]㊀王登科,唐家豪,魏建平,等.煤层瓦斯多机制流固耦合模型与瓦斯抽采数值模拟分析[J].煤炭学报,2023,48(2):763-775.[2]㊀周福宝,刘㊀春,夏同强,等.煤矿瓦斯智能抽采理论与调控策略[J].煤炭学报,2019,44(8):2377-2387.[3]㊀杜文辉.多煤层快速立体瓦斯抽采工艺研究与应用[J].煤炭技术,2023,42(1):184-187.[4]㊀李泉新,姚㊀克,方㊀俊,等.煤矿井下瓦斯高效精准抽采定向钻进技术与装备[J].煤炭科学技术,2023,51(S1):65-72.[5]㊀李㊀波,孙东辉,张路路.煤矿顺层钻孔瓦斯抽采合理布孔间距研究[J].煤炭科学技术,2016,44(8):121-126,155.[6]㊀王耀锋.中国煤矿瓦斯抽采技术装备现状与展望[J].煤矿安全,2020,51(10):67-77.[7]㊀杨相玉,杨胜强,路培超.顺层钻孔瓦斯抽采有效半径的理论计算与现场应用[J].煤矿安全,2013,44(3):5-8,13.[8]㊀刘三钧,马㊀耕,卢㊀杰,等.基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术[J].煤炭学报,2011,36(10):1715-1719.[9]㊀Wu 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基于COMSOL的采空区瓦斯抽采数值模拟研究
基于COMSOL的采空区瓦斯抽采数值模拟研究胡延伟;孙路路;江城浩;黄腾瑶;陈连军【摘要】为了研究采空区内瓦斯达到稳定后的分布规律,从而确定瓦斯抽采巷道的位置,结合孔庄煤矿7433工作面实例,基于“O型圈”理论,采用分块赋值孔隙率的方法,通过COMSOL有限元分析软件对采空区瓦斯分布规律进行了数值模拟.模拟结果表明:工作面漏风不断流入采空区与瓦斯持续解吸涌出形成了1个动态平衡结果;7433工作面回采至180 m处时瓦斯富集,可以确定瓦斯抽采巷处于裂隙带上,瓦斯抽采巷道内错距离在10～30 m范围时抽采效果达到最优.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)005【总页数】5页(P167-170,174)【关键词】采空区;瓦斯分布;瓦斯抽采;瓦斯涌出;数值模拟【作者】胡延伟;孙路路;江城浩;黄腾瑶;陈连军【作者单位】山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TD712随着我国煤矿开采逐渐向深部发展，地质环境受多种因素影响，瓦斯已经成为威胁煤矿安全生产及工人生命安全的最重要因素[1-3]。
瓦斯抽采是防治瓦斯灾害的主要技术措施之一，但由于相应的瓦斯抽采理论的匮乏以及研究手段的制约，导致采空区瓦斯抽采这一手段的利用相对滞后，尤其是对位于工作面后方的采空区，其具有人员不能进入且很难被常规方法处理的特殊性及困难性，应用模拟仿真的方法来解决这一问题已经成为当前研究领域一种主流研究方法[4-6]，除此以外采空区内的瓦斯涌出运移过程极其其复杂，往往涉及到高阶非线性的偏微分方程，针对以上所提主要问题，采用多物理场仿真模拟软件COMSOL Multiphysics来模拟[7]采空区内瓦斯动态平衡后的分布规律，为确定采空区瓦斯治理提供依据使采空区瓦斯分布规律特征的理论讨论更趋向于完善。
基于瓦斯储量法测定钻孔有效抽采半径
基于瓦斯储量法测定钻孔有效抽采半径
王国飞
【期刊名称】《山西焦煤科技》
【年(卷),期】2016(040)009
【摘要】为高效抽采某矿3号煤层瓦斯,需要依据有效抽采半径合理布置抽采钻孔.本文通过比较分析瓦斯压力降低法、示踪气体法、数值模拟法和瓦斯储量法的优缺点,确立了基于瓦斯储量法测定钻孔有效抽采半径,并采用COMSOL Multiphysics 对有效抽采半径进行了模拟,结果表明:两种方法测定结果基本相同.采用瓦斯储量法测定的结果:预抽60 d,有效抽采半径为1.95 m;预抽90 d,有效抽采半径为2.37 m;预抽180 d,有效抽采半径为2.80 m.
【总页数】4页(P53-56)
【作者】王国飞
【作者单位】汾西矿业集团双柳煤矿,山西吕梁 033000
【正文语种】中文
【中图分类】TD712+.6
【相关文献】
1.钻孔流量法测定瓦斯抽采有效半径 [J], 臧广伟;况明;叶成涛
2.基于钻孔瓦斯流量和煤层瓦斯含量测定有效抽采半径 [J], 高文贵;王贤田;武德尧
3.钻孔瓦斯流量法测定煤层有效抽采半径 [J], 徐刚; 范亚飞; 张天军
4.基于残余瓦斯含量的顺层钻孔抽采有效半径阶梯式测定法 [J], 张飞燕;韩颖;吕帅;
刘德宝;程虹铭
5.基于钻孔瓦斯流动理论的顺层孔有效抽采半径测定 [J], 汤孟庆;庆杨洋
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平行钻孔有效抽采半径及合理钻孔间距研究
平行钻孔有效抽采半径及合理钻孔间距研究桑乃文;杨胜强;宋亚伟【摘要】为确定平行钻孔瓦斯抽采合理钻孔间距,通过推导煤层瓦斯运移方程、煤岩体变形方程及渗流场与应力场耦合方程,建立了瓦斯抽采流固耦合模型;根据某矿21219工作面实际地质条件,利用COMSOLMultiphysics软件对平行钻孔间抽采叠加效应影响下瓦斯压力、有效抽采半径的变化规律进行了数值模拟研究,并结合钻孔有效抽采半径,得出了合理的钻孔间距.数值模拟结果表明,随着钻孔间距的增大,抽采后煤体瓦斯压力增大;随着煤体距钻孔距离减小,煤体瓦斯压力呈先缓慢减小、后快速下降的趋势;随着抽采时间的增加,瓦斯压力不断降低,钻孔有效抽采半径变大.现场应用结果验证了钻孔间距布置的合理性.【期刊名称】《工矿自动化》【年(卷),期】2019(045)006【总页数】5页(P58-62)【关键词】煤炭开采;瓦斯抽采;平行钻孔抽采;有效抽采半径;抽采叠加效应;钻孔间距【作者】桑乃文;杨胜强;宋亚伟【作者单位】中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221116【正文语种】中文【中图分类】TD712.60 引言平行钻孔抽采是针对无保护层开采突出矿井的一种基本防突措施。
在钻孔抽采设计中，钻孔间距是重要参数。
当钻孔间距过大，在抽采范围内容易导致瓦斯抽采不彻底、回采过程中瓦斯涌出量较大甚至瓦斯超限等问题；当钻孔间距过小，在工程上造成浪费，还可能出现“串孔”等问题。
基于COMSOL Multi-physic的瓦斯抽采地面井的流场数值分析
基于COMSOL Multi-physic的瓦斯抽采地面井的流场数值分析翟清伟【摘要】由于煤层气在煤岩体中的运移过程极其复杂,因此用来描述其流场的数学模型常常是高阶非线性的偏微分方程,为了能更好的解决此类问题,本文采用多重物理量数值模拟软件COMSOL Mul-ti-physic对所建的Darcy-Brinkman模型进行了模拟求解的研究,结果表明用该软件模拟的压力和速度动态曲线更符合实际情况,而且可以用动态可视化模块来模拟压降过程.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】4页(P102-104,107)【关键词】抽采地面井;煤层气流场;数值模拟【作者】翟清伟【作者单位】兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿,山东济宁 273500【正文语种】中文【中图分类】TD7120 引言COMSOL Multi-physic是一种多重物理量耦合软件，该软件是由MATLAB软件工具箱发展而来的，以有限元方法进行分析求解，其优点在于高度的灵活性,强大的求解器和较高的计算精度，进行求解时只需要将所建立的数学模型输入软件的PDE模块中，设定求解域，指定边界条件并划分网格后就可以进行求解，此外该软件具有强大的后处理功能，能够对结果数据进行各种形式的处理并绘制图像，便于研究人员对结果的分析[1]。
煤层气俗称瓦斯，是煤炭开采与含煤岩地区隧道工程的重大灾害隐患，但又是一种洁净的能源，我国煤层气资源丰富,约，但勘探试验工作起步较晚，煤层气抽放过程中其运移过程与机理复杂，因此，深究煤层气运移机理，对瓦斯抽采地面井的流场进行分析，合理开发煤层气资源，不仅能为国民经济的发展提供优质能源，有利于保护生态环境，而且有助于分析和了解瓦斯抽放的机理,寻求钻孔或巷道抽放瓦斯的合理布置方式[2]，从根本上消除或减少瓦斯爆炸事故，这都具有十分重要的意义[3]。
在瓦斯抽放过程中，钻孔周围的瓦斯在多孔介质中的流动速度由慢速流变为快速流变，对于这种过渡流动的模拟，属于需要自编程序计算的领域，因为转换不同的流动定律就需要转换不同的数学表达式。
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２ ０ １ ４年第 ３ 期
中 州煤 炭
总 第２ １ ９ 期
郝天 轩 ， 延
（ １ ． 河南理工大学 安全学院 ， 河 南 焦作
福
４ ５ ４ ０ ０ ３ ）
４ ５ ４ ０ ０ ３ ； ２ ． 河 南省 瓦斯 地 质 与 瓦斯 治理 重 点 实验 室 ， 河南 焦作
摘要 ： 针 对鹤煤十矿的地质条件和瓦斯赋存情况 ， 根 据 煤 岩体 变形 理论 与煤 层 瓦 斯 流 动 理 论 和 煤 层 瓦斯 一 系 列 的假 设 ， 建立有关钻孔抽采煤层瓦斯流动气 固耦合数 学模型 ， 通过 Ｃ Ｏ Ｍ Ｓ Ｏ Ｌ Ｍｕ ｈ ｉ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ 对 抽放条 件下 瓦
ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ２． ５ ｍ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｍｏ ｎｔ ｈ． Ｔｈ ｕ ｓ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄｅ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｇ ｕ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｇ ａ ｓ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ， ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｔ ｈｅ ｂｌ ｉ ｎ ｄｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｉｅ ｆ ｌ ｄ
关键词 ： 煤层瓦斯； 气 固耦 合 ； 有效抽采半径 ； 数值模 拟 中图分类号 ： Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ６ 文献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３— ０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｅｆ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｒａ ｄｉ ｕ ｓ ｏ ｆ Ｇａ ｓ Ｄｒ ａ ｉ ｎａ ｇ ｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＯＭ Ｓ Ｏ Ｌ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｈｙ ｓ ｉ ｃ ｓ
斯 在 煤 体 中 的流 动进 行 了 气 固 耦合 模 拟 分 析 ， 利 用 模 拟 结 果 得 到 该 煤 层 的 有 效抽 采 半 径 在 ３个 月 的 时 间 内 为２ ． ５ ｍ， 进 而 对 现场 瓦 斯 抽 采 提供 理论 支 持 ， 避 免现 场 工作 的 盲 目性 ， 减少工程量 。
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