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林柏泉團隊:各向異性煤體有效抽采區域呈橢圓形

2019-06-19

  近日,中國礦業大學煤礦瓦斯與火災防治教育部重點實驗室林柏泉教授團隊根據煤體的各向異性特征,在充分考慮了瓦斯抽采過程中煤體應變場和瓦斯滲流場的耦合作用下,發現各向異性煤層割縫鉆孔的有效抽采區域呈橢圓形,抽采時間相同,平行層理方向的有效抽采區域范圍大于垂直層理方向的有效抽采區域范圍。


  射流割縫強化鉆孔瓦斯抽采技術能夠實現煤層有效卸壓,是防止瓦斯動力災害的重要手段。而對于各向異性煤層,很難準確測定瓦斯抽采的有效半徑。盡管對于煤層瓦斯抽采有效半徑的試驗測定,相關學者已經取得了許多有意義的成果,但對于各向異性煤層鉆孔有效抽采區域的研究較少。


  研究人員在COMSOL Multiphysics多物理場耦合軟件中根據應力場、滲流場相互耦合作用建立了瓦斯抽采幾何模型,并定義有效抽采區域為一定抽采時間內鉆孔周圍瓦斯壓力低于0.74Mp的區域。研究了在不改變其他參數的情況下分別改變垂直地應力、煤體初始瓦斯壓力以及初始滲透率對各向異性煤層鉆孔有效抽采區域的影響。


  研究發現:垂直地應力越大,煤體有效應力越大,從而導致煤體滲透率降低,有效抽采區域逐漸減小。初始瓦斯壓力越大,抽采相同時間鉆孔周圍瓦斯壓力越難降至0.74 MPa以下,進而有效抽采區域也逐漸減小。而初始滲透率越大,煤體裂隙瓦斯流動速度越快,在相同抽采負壓下有效抽采區域逐漸增大。


  在影響有效抽采區域變化的參數中,垂直地應力的影響效果較小,而初始瓦斯壓力、初始滲透率的影響效果顯著。各向異性煤體的模擬結果與在淮北楊柳煤礦106采區的現場測試結果基本相符,證明了各向異性煤層垂直層理方向有效抽采半徑是現場布孔的合理指標。


  這項研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、江蘇省研究生科研與實踐創新計劃的資金支持,研究成果以基于煤體各向異性的煤層瓦斯有效抽采區域研究為題發表于《煤炭科學技術》2019年第6期。


  瓦斯抽采幾何模型


  各向同性與各向異性煤體有效抽采區域示意


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  責任編輯:宮在芹
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