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林柏泉团队:各向异性煤体有效抽采区域呈椭圆形

2019-06-19

  近日,中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室林柏泉教授团队根据煤体的各向异性特征,在充分考虑了瓦斯抽采过程中煤体应变场和瓦斯渗流场的耦合作用下,发现各向异性煤层割缝钻孔的有效抽采区域呈椭圆形,抽采时间相同,平行层理方向的有效抽采区域范围大于垂直层理方向的有效抽采区域范围。


  射流割缝强化钻孔瓦斯抽采技术能够实现煤层有效卸压,是防止瓦斯动力灾害的重要手段。而对于各向异性煤层,很难准确测定瓦斯抽采的有效半径。尽管对于煤层瓦斯抽采有效半径的试验测定,相关学者已经取得了许多有意义的成果,但对于各向异性煤层钻孔有效抽采区域的研究较少。


  研究人员在COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件中根据应力场、渗流场相互耦合作用建立了瓦斯抽采几何模型,并定义有效抽采区域为一定抽采时间内钻孔周围瓦斯压力低于0.74Mp的区域。研究了在不改变其他参数的情况下分别改变垂直地应力、煤体初始瓦斯压力以及初始渗透率对各向异性煤层钻孔有效抽采区域的影响。


  研究发现:垂直地应力越大,煤体有效应力越大,从而导致煤体渗透率降低,有效抽采区域逐渐减小。初始瓦斯压力越大,抽采相同时间钻孔周围瓦斯压力越难降至0.74 MPa以下,进而有效抽采区域也逐渐减小。而初始渗透率越大,煤体裂隙瓦斯流动速度越快,在相同抽采负压下有效抽采区域逐渐增大。


  在影响有效抽采区域变化的参数中,垂直地应力的影响效果较小,而初始瓦斯压力、初始渗透率的影响效果显著。各向异性煤体的模拟结果与在淮北杨柳煤矿106采区的现场测试结果基本相符,证明了各向异性煤层垂直层理方向有效抽采半径是现场布孔的合理指标。


  这项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省研究生科研与实践创新计划的资金支持,研究成果以基于煤体各向异性的煤层瓦斯有效抽采区域研究为题发表于《煤炭科学技术》2019年第6期。


  瓦斯抽采几何模型


  各向同性与各向异性煤体有效抽采区域示意


论文链接
  责任编辑:宫在芹
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工学博士,教授,博士生导师,现任辽宁工程技术大学力学与工程学院院长...

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