高瓦斯煤层大直径钻孔卸压增透瓦斯渗流时空演化机理

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 52; no. z1; pp. 47 - 61
• Main Authors: 王方田, 李哲, 张村, 何东升, 张洋
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116 01.06.2024; 北京龙软科技股份有限公司,北京 100190%中国矿业大学(北京)能源与矿业工程学院,北京 100083%中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116; 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏徐州 221116%中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116; 永城煤电集团股份有限公司,河南永城 476600
• Subjects: 高瓦斯; 卸压增透; 高效抽采; large diameter drilling; efficient extraction; 抽采半径; extraction radius; 瓦斯渗流; 大直径钻孔; pressure relief and transparency; high gas; gas seepage
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.12438/cst.2023-0530

TD712.6; 矿井瓦斯抽采面临抽采率低、有效抽采周期短、瓦斯预抽体积分数不达标等困境.为实现高瓦斯低透气性煤层的精准卸压增透,以顺和煤矿 2404典型深井高瓦斯低透气性煤层工作面为研究对象,基于长时力学效应理论建模、COMSOL数值分析和现场试验等方法,构建了大直径钻孔卸压煤层瓦斯运移多场耦合模型,提出了大直径钻孔瓦斯有效抽采半径的判定指标——残余瓦斯压力不超过 0.22 MPa,揭示了大直径煤层钻孔卸压增透机理及瓦斯运移规律:单一大直径钻孔煤层瓦斯压力呈以钻孔圆心为对称中心的椭圆分布,即由钻孔圆心向外瓦斯压力逐渐增加,随着抽采时间延长,抽采达标区域逐渐扩大.钻孔周边应力转移特征为:随着抽采时间增加,单一大直径钻孔周边点的垂直应力呈现先增后降趋势.进一步提出了高瓦斯低透气性煤层大直径钻孔卸压增透抽采技术.模拟确定了钻孔有效抽采半径,孔间距 6.0 m、直径 300 mm钻孔卸压增透效果最好,其两侧 3.0 m内平均渗透率为 1.58×10-15 m2,远大于初始值 1.15×10-17 m2.现场应用表明,大直径钻孔瓦斯抽采远优于普通钻孔,300 mm大直径钻孔瓦斯体积分数最大值为 47.2%,75 mm原钻孔最大瓦斯体积分数最大值仅为 10.6%,且大直径钻孔 5.0%以上高瓦斯体积分数抽采天数提高了 40.2%,有效解决了小直径瓦斯钻孔治理难题,为高瓦斯煤层高效精准卸压增透强化抽采提供了有效途径.