抽采钻孔失稳坍塌对瓦斯抽采的影响机制研究及应用

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 8; pp. 3102 - 3115
• Main Authors: 张学博, 王豪, 杨明, 王攀, 韩林秀
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 河南神火煤电股份有限公司,河南永城 476600%河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454003%河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454003 01.08.2023; 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室,河南焦作 454003; 河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454003; 煤炭安全生产河南省协同创新中心,河南焦作 454003
• Subjects: 失稳坍塌; 瓦斯抽采量; 负压分布; 有效抽采半径; gas drainage borehole; effect-ive drainage radius; gas drainage volume; instability and collapse; negative pressure distribution; 瓦斯抽采钻孔
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.0925

TD712; 抽采钻孔失稳坍塌是阻碍煤层瓦斯(煤层气)高效抽采的关键问题之一.为了解决松软煤层抽采钻孔失稳坍塌难题,基于实验室试验及变质量流压降等理论分析,建立了综合考虑钻孔变形失稳、煤层瓦斯运移及钻孔负压沿孔长动态衰减的耦合数学模型,数值分析了抽采钻孔失稳坍塌对瓦斯抽采的影响机制,提出了基于抽采负压分布测试的抽采钻孔失稳坍塌特性探测技术.研究表明:①完整孔瓦斯抽采效果较好,钻孔负压损失很小,100 m长钻孔抽采1d时总负压损失仅占孔口抽采负压的0.04％,孔口、孔底煤层瓦斯分布及有效抽采半径基本相同.②孔底塌孔对瓦斯抽采效果影响有限,但孔口附近塌孔对瓦斯抽采效果的影响较大;孔底和孔口附近均塌孔90％时,抽采90d后瓦斯抽采量比完整孔瓦斯抽采量分别降低了 38.7％、69.6％,抽采180d后孔底有效抽采半径分别是孔口有效抽采半径的88.7％、75.0％,抽采1 d总负压损失分别占孔口抽采负压的5.1％、28.4％.③钻孔堵孔严重影响瓦斯抽采效果,孔内堵塞煤体与周围煤体形成连续介质,孔内压力成为了煤层瓦斯压力,失稳段无法抽采瓦斯;抽采90 d时孔底堵孔瓦斯抽采量仅占完整孔瓦斯抽采量的17.6％.④钻孔抽采负压分布对抽采钻孔失稳坍塌特性较为敏感,提出了基于抽采负压分布测试的抽采钻孔失稳坍塌特性探测技术,通过在某矿25030工作面的应用,确定了其抽采钻孔失稳坍塌区域(65～80 m)及坍塌程度(严重塌孔),建议矿方对钻孔失稳坍塌区域进行针对性的注浆防护.