矿井瓦斯抽采关键参数优化研究

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煤矿井下抽采瓦斯能够最大限度地提高瓦斯抽采效率、降低工作面瓦斯浓度、降低发生瓦斯事故的风险。本文基于煤层瓦斯抽采的相关理论,以优化回采工作面瓦斯抽采效率为研究目标,采用实验室实验、数值模拟与现场试验相结合的方法,对工作面瓦斯抽采技术进行有效的研究,主要研究内容及成果如下:1、在实验温度25℃下,用粉煤试样进行了瓦斯吸附解吸特性实验,得出瓦斯吸附常数a=20.367m3/t、b=0.952Mpa-1,并预估了实验矿区煤层瓦斯含量10.31m3/t,为瓦斯抽采提供技术参数。2、利用Autopro IV9500压汞仪对煤样进行处理,获得煤样孔隙率的分布特征及孔隙率为9%,为工作面瓦斯抽采数值模拟提供基础参数。从煤样孔隙率的特殊性入手,进而由孔隙率引入分形维数的概念,可得分形维数D=3.04,通过分型维数及工作面煤层吸附能力的分析,设计工作面瓦斯抽采钻孔的各项参数,为瓦斯抽采现场实验提供技术参考。3、利用COMSOL Multiphysics内嵌的多孔介质与地下流模块,通过达西定律物理场与固体力学物理场耦合,建立钻孔瓦斯抽采数值模型。通过数值模拟运算,进一步研究不同孔径、孔间距、负压情况下的瓦斯抽采效果,最终得出孔间距为5m、孔径为94mm、负压为13KPa时抽采效果最优。综合施工难度与费用开支等多方面考虑,认定该结果符合实验煤层实际,便于施工抽采。4、根据实验矿区实际,以回采工作面边抽边采为主确定抽采试验方案,随后进行抽采,经测定孔间距为5m的钻孔,其抽采效果达到最优。经检测3#煤层残存瓦斯含量为3.52m3/t,3#煤层可解吸瓦斯含量为4m3/t,实验工作面瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出为80.19m3/min,掘进面涌出量为17.24m3/min,瓦斯浓度不超限,可以满足煤矿安全生产要求。
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