顺层钻孔预抽煤层瓦斯精准布孔模式及工程实践
林海飞1
季鹏飞2
孔祥国1
李树刚1
窦桂东3
李可3
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西西安 710054;煤炭行业西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心,陕西西安 7100542.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 7100543.陕西彬长小庄矿业有限公司,陕西咸阳 710054
摘要：顺层钻孔预抽瓦斯技术是降低煤层瓦斯含量的有效方法之一,合理的布孔参数是提高煤层瓦斯预抽效果的关键.为提高顺层钻孔布孔精准性和科学性,建立了含瓦斯煤体流固耦合抽采模型,基于响应面法设计布孔参数优化方案,运用COMSOL Multiphysics模拟软件分析了地质因素(煤层瓦斯含量、透气性系数)和工程因素(抽采负压、钻孔直径、布孔间距)交互作用对钻孔预抽煤层瓦斯的影响规律,提出钻孔间最大瓦斯压力与达标压力比(Pmax/Pb)的布孔参数判定指标,创新了煤层"分时分区"式顺层钻孔预抽煤层瓦斯精准布孔方法,得到适用于不同煤层瓦斯赋存特征的最优钻孔布置参数,并进行现场试验.结果表明:预抽初期,相邻钻孔间抽采叠加效应不明显;随着预抽时间延长,抽采叠加效应越发显著,垂直钻孔方向的抽采达标区域逐渐由孤立向复合转变.不同预抽时间下,Pmax/Pb对各因素的敏感性依次为:布孔间距＞煤层瓦斯含量＞透气性系数＞钻孔直径＞抽采负压.不同预抽时间下,煤层瓦斯含量和透气性系数的交互作用响应等值线分布密集,2者对Pmax/Pb影响非常显著,并且对Pmax/Pb数值影响较大;工程因素中抽采负压与钻孔直径的交互作用响应等值线呈圆形分布,说明二者交互作用不明显;在布孔间距与地质因素交互作用下,响应等值线沿布孔间距方向更为密集,布孔间距对Pmax/Pb影响仍然是显著的,与单因素分析结果相互佐证.试验工作面采用"分时分区"式顺层钻孔精准布孔方法确定的合理布孔参数依次为:抽采负压24.0 kPa、钻孔直径113 mm、布孔间距6.0 m;经优化预抽钻孔参数后,现场瓦斯预抽效果良好且预抽达标检验合格,实现了煤层瓦斯精准预抽.
关键词：瓦斯精准抽采顺层钻孔交互作用布孔优化分时分区
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51734007)陕西省杰出青年科学基金资助项目(2020JC-48)国家自然科学基金(51904236)
论文发表日期：2022-03-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 1220-1234 )
英文信息