基于多物理场耦合的顺层钻孔瓦斯抽采参数优化研究

刘佳佳^1,2,3,4，贾改妮³，王丹^1,2，马权³

1. 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地2. 河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室3. 河南理工大学安全科学与工程学院4. 煤炭安全生产河南省协同创新中心

摘 要：为了揭示多物理场耦合作用下本煤层顺层钻孔瓦斯抽采渗流机制,建立了考虑Klinkenberg效应、有效应力和解吸收缩影响的流固耦合模型,运用该模型对本煤层顺层钻孔抽采参数进行优化。结果表明:抽采时间对有效抽采半径影响非常显著,钻孔抽采1 d时有效抽采半径为0.38 m,钻孔抽采10 d时有效抽采半径的范围仅增加1.55倍,抽采180 d时有效抽采半径的范围增加8.26倍;在高瓦斯压力区域,煤层钻孔周围煤体的孔隙率、渗透率呈现下降趋势,随着钻孔抽采影响程度的减小,煤基质解吸收缩效应逐渐加强,孔隙率、渗透率下降趋势逐渐缓慢,模拟结果与理论分析相吻合;随着抽采钻孔直径的增加,钻孔周围煤体的瓦斯压力降低范围逐渐增大,有效抽采半径与钻孔直径之间满足幂函数关系,在保证钻孔抽采效果的前提下,确定某矿29031工作面最合理的钻孔直径为94 mm。

关键词：瓦斯抽采;顺层钻孔;Klinkenberg效应;多物理场;流固耦合;