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中国煤矿有80%以上开采低透气性煤层。低透气性煤层瓦斯抽采仍是世界各国在积极攻关解决的技术难题。本文针对王家岭煤矿2号煤层瓦斯抽采浓度低、钻孔瓦斯涌出量衰减较快和煤层透气性低的特点,深入研究低透气性煤层瓦斯抽采渗流规律,积极开展各种增抽技术工业试验。
本文以王家岭煤矿瓦斯相关基础数据为依据,利用Darcy定律、Brinkman方程、Navier-Stokes方程对深部原始煤体向钻孔和巷道方向的瓦斯抽采渗流规律进行数值模拟。模拟结果显示延长封孔段长度仍然会引起巷道中空气经煤壁渗漏入抽采钻孔。这种渗漏为抽采提供空气渗入的来源,降低了抽采钻孔对于深部煤体的瓦斯抽采浓度。如何避免这种渗漏是提高瓦斯抽采浓度的关键。通过连续测定王家岭煤矿2号煤层钻孔每米钻屑量S和钻屑解吸指标△h2数据,并对数据进行回归分析,结合模拟结果,确定王家岭矿2号煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔长度应为12m。并改进传统封孔方式,采用固液耦合壁式密封技术。改进后,抽采单孔瓦斯纯量提高4~6倍左右,抽采浓度提高近10倍。增加封孔长度和改进封孔工艺共同作用有效减少巷道煤壁渗漏量约78%。
基于地层气体压力分布规律的压力函数理论,推导出瓦斯抽采纯量与瓦斯抽采负压之间的二次多项式关系方程式,并结合孔板流量计测定计算瓦斯抽采混合量公式,推导出瓦斯抽采浓度与瓦斯抽采负压关系方程式。在王家岭煤矿20109工作面进行了调节抽采负压引起的抽采浓度和抽采量变化的考察试验。试验结果与推导出的抽采浓度和抽采纯量的理论公式计算结果基本保持一致。抽采负压增加15~16kPa,抽采浓度增加10%左右,抽采纯量增加约2倍。
对CO2相变爆破技术进行理论分析,模拟煤体内多点爆破后应力波传播规律及位移变形规律,模拟结果可以看出在距离爆破点3m处渗透率为原始煤体初始渗透率的5倍。开展CO2相变爆破增透煤体技术井下工业试验,确定CO2爆破有效影响半径为3m。
论文通过改进封孔工艺、增加封孔长度、提高抽采负压、CO2相变爆破增透一系列增抽技术,使得王家岭煤矿2号煤层瓦斯抽采纯量提高200倍。提出以固液耦合壁式封孔减少漏风和CO2相变爆破增加渗透为主的“一减一增”综合增抽技术,为中国低透气性煤层瓦斯抽采难题提供理论依据和解决办法。
本文以王家岭煤矿瓦斯相关基础数据为依据,利用Darcy定律、Brinkman方程、Navier-Stokes方程对深部原始煤体向钻孔和巷道方向的瓦斯抽采渗流规律进行数值模拟。模拟结果显示延长封孔段长度仍然会引起巷道中空气经煤壁渗漏入抽采钻孔。这种渗漏为抽采提供空气渗入的来源,降低了抽采钻孔对于深部煤体的瓦斯抽采浓度。如何避免这种渗漏是提高瓦斯抽采浓度的关键。通过连续测定王家岭煤矿2号煤层钻孔每米钻屑量S和钻屑解吸指标△h2数据,并对数据进行回归分析,结合模拟结果,确定王家岭矿2号煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔长度应为12m。并改进传统封孔方式,采用固液耦合壁式密封技术。改进后,抽采单孔瓦斯纯量提高4~6倍左右,抽采浓度提高近10倍。增加封孔长度和改进封孔工艺共同作用有效减少巷道煤壁渗漏量约78%。
基于地层气体压力分布规律的压力函数理论,推导出瓦斯抽采纯量与瓦斯抽采负压之间的二次多项式关系方程式,并结合孔板流量计测定计算瓦斯抽采混合量公式,推导出瓦斯抽采浓度与瓦斯抽采负压关系方程式。在王家岭煤矿20109工作面进行了调节抽采负压引起的抽采浓度和抽采量变化的考察试验。试验结果与推导出的抽采浓度和抽采纯量的理论公式计算结果基本保持一致。抽采负压增加15~16kPa,抽采浓度增加10%左右,抽采纯量增加约2倍。
对CO2相变爆破技术进行理论分析,模拟煤体内多点爆破后应力波传播规律及位移变形规律,模拟结果可以看出在距离爆破点3m处渗透率为原始煤体初始渗透率的5倍。开展CO2相变爆破增透煤体技术井下工业试验,确定CO2爆破有效影响半径为3m。
论文通过改进封孔工艺、增加封孔长度、提高抽采负压、CO2相变爆破增透一系列增抽技术,使得王家岭煤矿2号煤层瓦斯抽采纯量提高200倍。提出以固液耦合壁式封孔减少漏风和CO2相变爆破增加渗透为主的“一减一增”综合增抽技术,为中国低透气性煤层瓦斯抽采难题提供理论依据和解决办法。