井下直接法測定煤層瓦斯壓力數(shù)值模擬研究及工程指導.pdf

1、煤層瓦斯壓力作為礦井瓦斯最重要的基礎(chǔ)參數(shù)之一，其準確測定對于防治瓦斯災(zāi)害、保證煤礦安全生產(chǎn)和鞏固煤炭能源基礎(chǔ)地位具有重要意義。通過對以前相關(guān)研究成果總結(jié)和分析，提出了一些研究內(nèi)容作為補充和延伸。以瓦斯在煤層中流動的物理模型、瓦斯在煤層中流動的數(shù)學模型、多物理場耦合數(shù)值仿真軟件COMSOL Multiphysics作為橋梁，采用數(shù)值模擬手段開展了一些有益的探討，得出以下結(jié)論，并對現(xiàn)場測壓工作提供了一定的工程指導。
　?。?）在一定的

2、數(shù)學模型指導下，研究不同因素對瓦斯壓力平衡時間的影響規(guī)律，表明并不是鉆孔影響范圍越大，瓦斯壓力平衡時間越長，依具體情況而定。在鉆孔暴露時間、滲透率、孔隙率、鉆孔直徑相同的條件下，煤層原始瓦斯壓力越大，鉆孔影響范圍就越大，但是瓦斯壓力平衡時間并不會因此而增加；在鉆孔暴露時間、煤層原始瓦斯壓力、孔隙率、鉆孔直徑相同的條件下，煤層滲透率越大，鉆孔影響范圍越大，但是瓦斯壓力平衡時間并不會因此而增加；在煤層原始瓦斯壓力、滲透率、孔隙率、鉆孔直徑相

3、同的條件下，鉆孔暴露時間越長，鉆孔影響范圍越大，瓦斯壓力平衡時間越長，驗證了前人的結(jié)論；在煤層原始瓦斯壓力、滲透率、孔隙率、鉆孔暴露時間相同的條件下，鉆孔直徑越大，鉆孔影響范圍越大，瓦斯壓力平衡時間越長。
　?。?）考慮滑脫效應(yīng)以后，在封孔生效階段，隨著鉆孔暴露時間的增加，鉆孔周圍處任意一點處的瓦斯?jié)B透率都在增加，并且隨著距鉆孔壁的距離增加，這種增加效應(yīng)逐漸減小甚至沒有。因此在一定條件下，考慮滑脫效應(yīng)時，封孔過程中鉆孔周邊任意一點

4、處的煤層瓦斯壓力值比不考慮滑脫效應(yīng)的煤層瓦斯壓力值低，表明在封孔過程中滑脫效應(yīng)的存在不利于測壓；在封孔后壓力恢復階段，由于滑脫效應(yīng)的存在，使得煤層滲透率始終大于煤層初始滲透率，瓦斯更易在煤層中流動。這也間接表明在封孔之后滑脫效應(yīng)的存在有利于瓦斯壓力恢復。
　　（3）考慮煤與瓦斯流固耦合以后，封孔生效前鉆孔周邊任意一點的瓦斯壓力值比非耦合模型的瓦斯壓力值高，即煤與瓦斯的耦合作用減小了鉆孔周圍的煤層瓦斯壓力損失，但隨著封孔時間的增大，

5、耦合模型與非耦合模型的瓦斯壓力值相差不大，這種優(yōu)勢將減??；傳統(tǒng)的單場分析只能考慮封孔生效階段內(nèi)在鉆孔周圍形成的壓降漏斗，但是考慮煤與瓦斯耦合作用之后，還會在鉆孔周圍形成煤層孔隙率和煤層滲透率漏斗，在封孔生效之前，隨著鉆孔暴露時間的增大，鉆孔周圍孔隙率和滲透率都不斷減小，并且這種減小速度會越來越慢；從使測壓鉆孔周邊的煤層孔隙率和滲透率降低的角度出發(fā)，得出煤層埋藏深度越深，越不利于測壓；在封孔生效后的初始階段，瓦斯壓力上升速度較快，這也使得

6、孔隙率和滲透率增加較快，很快接近煤層初始孔隙率和滲透率，又由于煤與瓦斯的耦合作用減小了鉆孔周圍的煤層瓦斯壓力損失，所以測壓時間比非耦合條件下的短。
　　（4）突破傳統(tǒng)數(shù)值模擬分析的局限，分別建立了穿層鉆孔測壓模擬 App、考慮滑脫效應(yīng)的穿層鉆孔測壓模擬 App以及考慮煤與瓦斯耦合作用的順層鉆孔測壓模擬App，實現(xiàn)了快速仿真。
　?。?）結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果和工程試驗研究，對現(xiàn)場測壓工作提供了一定的工程指導，為了減少測壓鉆孔暴露時