井下直接法測(cè)定煤層瓦斯壓力數(shù)值模擬研究及工程指導(dǎo).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(zhǔn)確測(cè)定對(duì)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(guò)對(duì)以前相關(guān)研究成果總結(jié)和分析，提出了一些研究?jī)?nèi)容作為補(bǔ)充和延伸。以瓦斯在煤層中流動(dòng)的物理模型、瓦斯在煤層中流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型、多物理場(chǎng)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(kāi)展了一些有益的探討，得出以下結(jié)論，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)壓工作提供了一定的工程指導(dǎo)。
　?。?）在一定的

2、數(shù)學(xué)模型指導(dǎo)下，研究不同因素對(duì)瓦斯壓力平衡時(shí)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(shí)間越長(zhǎng)，依具體情況而定。在鉆孔暴露時(shí)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(shí)間并不會(huì)因此而增加；在鉆孔暴露時(shí)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(shí)間并不會(huì)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(shí)間越長(zhǎng)，鉆孔影響范圍越大，瓦斯壓力平衡時(shí)間越長(zhǎng)，驗(yàn)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(shí)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(shí)間越長(zhǎng)。
　?。?）考慮滑脫效應(yīng)以后，在封孔生效階段，隨著鉆孔暴露時(shí)間的增加，鉆孔周圍處任意一點(diǎn)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(méi)有。因此在一定條件下，考慮滑脫效應(yīng)時(shí)，封孔過(guò)程中鉆孔周邊任意一點(diǎn)

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(guò)程中滑脫效應(yīng)的存在不利于測(cè)壓；在封孔后壓力恢復(fù)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(dòng)。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(fù)。
　?。?）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(diǎn)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(shí)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(shì)將減??；傳統(tǒng)的單場(chǎng)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(huì)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(shí)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(huì)越來(lái)越慢；從使測(cè)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(cè)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(cè)壓時(shí)間比非耦合條件下的短。
　?。?）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(cè)壓模擬 App、考慮滑脫效應(yīng)的穿層鉆孔測(cè)壓模擬 App以及考慮煤與瓦斯耦合作用的順層鉆孔測(cè)壓模擬App，實(shí)現(xiàn)了快速仿真。
　　（5）結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果和工程試驗(yàn)研究，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)壓工作提供了一定的工程指導(dǎo)，為了減少測(cè)壓鉆孔暴露時(shí)