顺层单钻孔瓦斯抽采的流固耦合数值模拟

"本文主要探讨了顺层单钻孔抽采瓦斯的数值模拟分析，研究者孙志刚借助Comsol-Multiphysics软件构建了流固耦合模型，以山西汾西矿业集团中兴煤业315工作面运输巷的实际条件为基础。通过数值模拟，研究得出了关于顺层单钻孔的几个关键结论：首先，当上覆地层压力为12MPa时，煤体单钻孔能够形成一个约0.3米宽的卸压区；其次，钻孔瓦斯流量随着时间推移会经历快速衰减然后逐渐趋于稳定，这一过程大约在50分钟后完成；最后，钻孔瓦斯流量的速度同样随时间先增后减，最终稳定下来。这些模拟结果与现场实测数据相符，证明了该数值模拟方法的准确性，对于煤矿瓦斯抽采的安全性和效率具有重要意义。" 这篇研究聚焦于煤矿瓦斯治理中的一个重要技术——顺层钻孔抽采瓦斯。顺层钻孔是通过在煤层中打孔，以释放积聚的瓦斯，降低矿井内的瓦斯浓度，从而提高作业安全性和提高煤炭开采效率。通过数值模拟，可以预测钻孔效果，优化抽采策略。 Comsol-Multiphysics是一款强大的多物理场模拟工具，它允许研究者对复杂的流体动力学和固体力学问题进行建模和求解。在这个案例中，流固耦合模型考虑了钻孔过程中煤体和瓦斯流动的相互作用，这种耦合分析对于准确预测卸压带的形成和瓦斯流动特性至关重要。 卸压带的宽度是评估钻孔效果的关键指标，因为它直接影响到瓦斯的释放量。研究表明，在12MPa的压力下，卸压带的宽度为0.3米，这意味着钻孔有效地降低了该区域的压力，有利于瓦斯的抽取。 钻孔瓦斯流量随时间的变化则反映了抽采过程的动态特性。初期的快速衰减可能是因为初始阶段瓦斯压力较高，随着抽采的进行，瓦斯压力下降，流量衰减速率变缓，直至达到一个稳定的流量状态，这有助于优化抽采时间和频率。 此外，钻孔瓦斯流量速度的时间变化揭示了抽采过程中的流态演变。速度先增后减，可能是由于初期孔内压力差较大，导致气体快速流出，随着时间的推移，压力差减小，速度自然下降，这也符合实际工程经验。 该研究运用数值模拟技术对顺层单钻孔抽采瓦斯进行了深入分析，其结果不仅验证了模型的可靠性，也为实际煤矿的瓦斯治理提供了科学依据和技术支持，对于提升煤矿安全生产水平具有积极的促进作用。