倾斜煤层水力冲孔有效影响半径数值模拟研究

华明国¹，姚邦华²，李建伟³

1. 潞安集团余吾煤业有限责任公司2. 河南理工大学安全科学与工程学院3. 山西晋煤晟泰能源有限公司

摘 要：针对目前水力冲孔技术研究较少考虑倾斜煤层水力冲孔卸压范围随方向变化的特点及煤层倾角对水力冲孔卸压有效半径影响的问题,以某煤矿3号煤层为研究对象,利用多物理场耦合数值模拟软件COMSOL Multiphysics对倾斜煤层水力冲孔有效影响半径进行了数值模拟,研究了不同方向上的钻孔有效抽采半径。数值模拟结果表明:在冲孔作用下,抽采影响范围随抽采时间的增加而不断扩大,但扩展速度随时间下降;在冲孔卸压作用下,煤层渗透性大大增加,钻孔周边影响范围呈近似椭圆形分布;连续抽采90d后,上部方向的影响半径为6m左右,下部方向的影响半径为4m左右,水平方向的影响半径为5m左右;为了确保抽采达标,该煤层水力冲孔钻场横向钻孔布置间距设定为3.5m左右,纵向钻孔布置间距为4.0m左右。该研究结果对于优化水力冲孔工艺参数、指导抽采钻孔的准确布置、提升矿井的瓦斯治理效果具有重要的现实意义。

关键词：煤炭开采;倾斜煤层;瓦斯抽采钻孔;水力冲孔;有效影响半径;煤体变形-渗流气固耦合模型;