薛湖煤矿定向钻进梳状钻孔瓦斯抽采效果分析

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薛湖煤矿主采二2煤层为突出煤层,具有煤层地质条件松软,以及瓦斯高含量、低渗透、高吸附的特征,针对其钻孔瓦斯抽采工程量大、效果差、严重影响采掘接续的问题,论文采用定向钻进梳状钻孔孔群进行瓦斯抽采,此举既能极大限度的减少工程量,同时还能提高瓦斯抽采效率。论文通过数值模拟分析,研究薛湖煤矿二2煤层定向钻进梳状钻孔抽采瓦斯的各参数相关性规律,研究确定梳状钻孔有效抽采半径及现场试验的最佳技术参数,并考察梳状钻孔的瓦斯抽采效果。论文取得的主要研究成果如下:(1)基于薛湖煤矿二2煤层的现场地质状况,在COMSOL中创建三维数值计算分析模型,揭示了抽采时间、钻孔直径、抽采负压等因素对瓦斯抽采的影响规律。结果发现:抽采时间和煤层瓦斯压力之间为负相关关系,但有效抽采半径和前者之间为正相关关系,且随着时间的推移,抽采速率持续降低;钻孔直径也是影响瓦斯抽采效果的主要因素之一,其值越大,抽采效果越佳,有效抽采半径越大;钻孔有效抽采半径受抽采负压影响很小,几乎可以忽略,但瓦斯抽采量和抽采负压之间为正相关关系。(2)根据COMSOL软件模拟分析的不同条件对梳状钻孔瓦斯抽采的影响规律,确定了薛湖煤矿定向钻进梳状钻孔瓦斯抽采现场试验相关参数。分析表明:(1)抽采时间越长瓦斯抽采效果越好,但200天后煤层瓦斯压力及梳状钻孔有效抽采半径变化非常缓慢;(2)钻孔直径增大时,随着抽采的进行,有效抽采半径增大得更多;(3)负压从15kPa增大到30kPa,抽采200天时有效抽采半径差距小于0.2%。结合定向钻进设备与技术要求以及煤矿瓦斯与地质条件,确定薛湖煤矿定向钻进梳状钻孔瓦斯抽采现场试验相关参数为钻孔直径120mm,在30kPa的负压下连续抽采200天,此时模拟结果显示单个定向梳状钻孔的有效抽采半径为3.5m,依此确定钻孔间距为6m。(3)在薛湖煤矿29020风巷实施了定向钻进梳状钻孔瓦斯抽采现场试验,测试分析了瓦斯抽采效果。连续监测7个梳状钻孔瓦斯抽采日纯量,薛湖煤矿定向钻进梳状钻孔孔群影响范围内的瓦斯储量为1667194m~3,抽采期间共抽采1010910m~3瓦斯,计算得出瓦斯预抽率为60.6%;抽采200天后在29020风巷底抽巷设置5个钻场,共13个取样点,取样后送至实验室分析,结果表明:瓦斯压力最大为0.57MPa,最小值为0.2MPa,平均为0.449MPa,瓦斯含量最大为5.71m3/t,最小为3.66 m3/t,平均为4.92 m3/t,均降至临界值以下,低于河南省的瓦斯治理标准,煤层卸压消突效果明显。
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