瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究

• 作者: 王亮 廖晓雪 褚鹏 张晓磊 刘清泉
• 来源期刊: 煤炭科学技术
• 关键词: 穿层钻孔 钻扩造穴增透 流固耦合 瓦斯抽采
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 深部煤层瓦斯精准抽采专题|Topic on Accurate Gas Drainage in Deep Coal Seams
• 页码范围: 75-82
• 页数: 8页
• 分类号: TD712
• 语种: 中文

摘要

随着我国煤矿开采逐渐向深部开拓,煤层瓦斯压力增大、含量增加,煤层渗透率普遍较低,增加了瓦斯抽采的难度.钻孔钻扩造穴卸压增透技术能提高煤层渗透率,是增加瓦斯抽采效率的有效手段.为解决寺家庄煤矿15号煤层渗透率低,瓦斯难抽采的问题,以寺家庄煤矿北翼辅助运输巷15号煤层抽采钻孔造穴为工程背景,以弹性力学应变软化模型和扩散-渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础,建立了穿层钻孔钻扩造穴后煤层渗透率演化方程和穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程.通过COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟软件对方程进行解算,分析了钻孔造穴的增透机理和渗透率分布规律,得到了瓦斯抽采量、瓦斯压力分布以及渗透率等关键参数;结合模拟结论与现场条件,确定了钻孔钻扩造穴的最优造穴半径为0.6 m,最佳布孔间距为6.0～7.0 m,为现场施工造穴半径和钻孔间距的确定提供了指导.最后,在寺家庄煤矿15号煤层实施普钻钻孔与造穴钻孔,进行了瓦斯抽采效果对比.试验结果表明:实施水力钻扩造穴技术后,瓦斯抽采率、抽采浓度和抽采纯量相对普钻钻孔分别提高了约2.7、2.0、5.7倍;瓦斯抽采周期、钻孔施工工程量降低了约2倍,提高了瓦斯抽采技术经济效益,应用结果验证模拟结果可靠,抽采设计可行,可以指导现场施工.