基于COMSOL数值模拟的煤层瓦斯有效抽采半径主控因素影响特性分析Analysis on the Influence Characteristics of Main Controlling Factors on the Effective Extraction Radius in Boreholes Based on COMSOL Numerical Simulation
廉常军,李春明,张万宝
摘要(Abstract):
为探究不同因素对煤层瓦斯有效抽采半径的影响,基于COMSOL数值模拟软件,构建了煤与瓦斯流固耦合模型,采用控制变量法研究了抽采时间、初始瓦斯压力、钻孔孔径、抽采负压、钻孔间距等主控因素对煤层瓦斯有效抽采半径的影响,并结合多元线性回归法量化各因素权重,分析了煤层瓦斯有效抽采半径主控因素的影响特性。结果表明:抽采时间和钻孔孔径对煤层瓦斯抽采效果的影响最为显著,其中抽采时间与有效抽采半径呈线性正相关,钻孔孔径增大可一定程度上扩展抽采范围;初始煤层瓦斯压力与有效抽采半径呈负相关,过高的初始煤层瓦斯压力会降低抽采效率;钻孔间距存在合理分布区间,超过该区间易出现抽采盲区;抽采负压对煤层瓦斯有效抽采半径的影响较小,盲目增大抽采负压可能引发漏气问题。通过研究发现,在煤矿井下实际抽采过程中可以优先调控抽采时间和钻孔孔径等占比高的权重因素,对于初始煤层瓦斯压力较高的煤层,可以配合增透等强化抽采措施,研究成果能够为瓦斯抽采工程实践提供一定的理论参考。
关键词(KeyWords): 有效抽采半径;数值模拟;主控因素
基金项目(Foundation): 贵州省科技重大计划项目“贵州煤矿重大灾害综合防治关键技术研究与示范”(黔科合重大专项字[2024]029);; 应急管理部重点科技计划项目“西南低透气煤层瓦斯精准开发与智能监测关键技术及装备研发”(2024EMST070703)
作者(Author): 廉常军,李春明,张万宝
参考文献(References):
- [1]刘忠全,陈殿赋,孙炳兴,等.高瓦斯矿井超大区域瓦斯治理技术[J].煤炭科学技术,2021,49(5):120-126.
- [2]王晶,姚团琪,程斌.基于煤矿“先抽后建”及资源开发的煤层气地面井位抽采部署及应用[J].煤田地质与勘探,2019,47(4):28-32.
- [3]李子文,林柏泉,郭明功,等.基于一维径向流动确定钻孔瓦斯抽采有效影响半径[J].煤炭科学技术,2014,42(12):62-64.
- [4]袁亮.我国深部煤与瓦斯共采战略思考[J].煤炭学报,2016,41(1):1-6.
- [5]张锋.浅析煤矿瓦斯抽放的影响因素[J].陕西煤炭,2018,37(5):152-154.
- [6]王兆丰,李炎涛,夏会辉,等.基于COMSOL的顺层钻孔有效抽采半径的数值模拟[J].煤矿安全,2012,43(10):4-6.
- [7]舒龙勇,樊少武,张浪,等.基于临界残余瓦斯压力的有效抽采半径确定方法[J].煤炭科学技术,2015,43(10):81-85.
- [8]齐黎明,祁明,陈学习.抽采钻孔周围煤层瓦斯压力分布理论分析及应用[J].中国安全科学学报,2018,28(7):102-108.
- [9]ZHOU A,XU Z,WANG K,et al. Coal mine gas migration model establishment and gas extraction technology field applica-tion research[J]. Fuel,2023,349.
- [10]蒋长宝,余塘,段敏克,等.瓦斯压力和应力对裂隙影响下的渗透率模型研究[J].煤炭科学技术,2021,49(2):115-121.
- [11]张宏学,刘卫群,李盼.考虑动力学扩散作用的煤系气储层渗透率模型[J].高压物理学报,2021,35(5):189-198.
- [12]周军平,鲜学福,姜永东,等.考虑有效应力和煤基质收缩效应的渗透率模型[J].西南石油大学学报(自然科学版),2009,31(1):4-8,181-182.
- [13]尹光志,李铭辉,李生舟,等.基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟[J].煤炭学报,2013,38(4):535-541.
- [14]ZHANG C, XU J, PENG S, et al. Experimental study of drainage radius considering borehole interaction based on 3D monitoring of gas pressure in coal[J]. Fuel, 2019, 239:955-963.
- [15]许江,宋肖徵,彭守建,等.顺层钻孔布置间距对煤层瓦斯抽采效果影响的物理模拟试验研究[J].岩土力学,2019,40(12):4581-4589.
- [16]ZHANG M,YAN J,ZHONG Z,et al. Optimization study and validation of gas extraction parameters based on heat-fluid-solidcoupling in coal seam[J]. Solid Fuel Chemistry,2023,57(6):437-451.
- [17]林柏泉,宋浩然,杨威,等.基于煤体各向异性的煤层瓦斯有效抽采区域研究[J].煤炭科学技术,2019,47(6):139-145.
- [18]孙福龙,杨杰,陈勇,等.不同围压下松软煤体力学特性与能量演化规律[J].沈阳理工大学学报,2023,42(6):48-54.
- [19]WANG Q, LUO Q, CHEN Y, et al. Study on pore structure and adsorption characteristics of soft and hard coal with different metamorphic degree[J]. International Journal of Coal Preparation and Utilization, 2025, 45(7):1616-1639.
- [20]郝富昌,刘彦伟,龙威成,等.蠕变-渗流耦合作用下不同埋深有效抽采半径研究[J].煤炭学报,2017,42(10):2616-2622.