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瓦斯抽采是解决和预防煤矿瓦斯灾害的重要措施,抽采瓦斯钻孔封孔质量以及有效抽采周期决定了矿井瓦斯抽采的效果,而瓦斯抽采率又是衡量抽采效果的重要技术参数之一,因此瓦斯抽采钻孔的有效封孔技术是提高抽采率至关重要的环节。由于平煤集团所属矿井的钻孔封孔质量差导致瓦斯抽采浓度比较低,因此对本问题展开研究,这对矿井瓦斯灾害的治理和利用具有重要意义。 论文通过理论分析、试验研究和数值模拟的研究方式相结合对两堵一注封孔工艺的应用效果进行了研究。首选,介绍了两堵一注封孔工艺的装置及其工作流程,通过在平煤集团八矿、十矿和十三矿不同地质条件、煤层情况的顺层工作面和穿层工作面两堵一注封孔工艺应用。由现场试验效果分析,应用矿井无论在穿层钻孔还是顺层钻孔,其钻孔瓦斯抽采浓度均能长期保持在30%以上高浓度瓦斯,并保持着较低的衰减水平。其中,顺层钻孔30d后的抽采瓦斯浓度在30%~40%之间,而穿层钻孔在30d后的的瓦斯抽采浓度高达60%以上,根据煤矿安全规程的要求和实际矿山的抽采经验,此次封孔取得了较好的应用效果。其次,通过数值模拟软件 FLUENT对抽采钻孔和煤层的孔径及渗透率等参数进行了湍流 k-ε模型的模拟,瓦斯在煤层中流动选用多孔介质模型,研究了在不同抽采时间、抽采负压、煤层渗透率及钻孔直径下对于抽采半径和瓦斯抽采量的影响。研究分析出在煤层渗透率和不同钻孔直径条件下对瓦斯抽采量和抽采半径的影响较大,而抽采时间和抽采负压对其影响较小。根据模拟结果和实际工艺设备标准,抽采负压应该保持-15~-30kPa,钻孔直径取75~100mm较合适。最后,针对部分区域浓度低的问题,试验采取了改变封孔长度和钻孔直径,并且排查试验过程中不符合规定的操作。经过改进,瓦斯抽采浓度平均值由10%增加至15%。分析得出在实际应用中,瓦斯地质和煤层含水对钻孔抽采瓦斯也有影响,同时,归纳总结其他影响封孔效果不同的因素。 通过以上对两堵一注封孔工艺应用的研究、钻孔周围瓦斯压力的数值模拟和封孔效果改进及影响因素的归纳分析,对瓦斯抽采中钻孔封孔技术的进一步研究具有一定指导意义。