基于流固耦合分析的钻孔抽采封孔效果影响因素研究及应用

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:lxw19831201
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钻孔瓦斯抽采是目前煤矿防治瓦斯灾害事故的最有效技术措施,而钻孔封孔质量是影响最终瓦斯抽采效果的关键因素。在松软煤层中煤体具有的粘弹性特征,钻孔在施工完成后会发生持续的变形甚至破坏失稳,从而导致钻孔封孔失败;同时,钻孔施工的煤体,在巷道形成后,经历了多次的应力转移,由巷道壁表面往里形成明显的破坏分区,也会导致钻孔封孔效果变差。本文将原始煤体简化为粘弹性体,在基于Mohr-Coulomb强度准则和饱依丁-汤姆逊体模型强度准则建立的钻孔周围煤体粘弹塑性分区力学模型的基础上,分析了钻孔受力变形及漏气的机理.在考虑煤体瓦斯压力、吸附效应对煤体渗透率的影响下,根据煤层内瓦斯非线性渗流规律,并结合前面的钻孔周围粘弹塑性力学模型,建立了含瓦斯煤岩的流固耦合模型。利用COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟分析软件,通过数值模拟的方法分别研究了瓦斯抽采过程中钻孔周围应力、瓦斯压力和渗透率的动态变化规律。然后,利用COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟分析软件,对新型封孔技术的封孔效果进行数值模拟。通过模拟分析巷道应力分布对瓦斯压力分布的影响,利用巷道周围塑性区和粘弹性区交界应力和瓦斯压力变化规律发生较大改变的特点,确定封孔深度的合适范围;通过模拟封孔段煤体渗透率的不同,反映不同封孔工艺对孔壁裂隙的填充及对孔壁的支护作用效果,考察了两种封孔工艺的瓦斯抽采效果。最后,针对上节确定的封孔深度,在某矿对两种封孔工艺的实际抽采效果进行测试,通过三个月的监测,证明超细水泥封孔工艺可以有效地提高封孔效果,实现了抽采钻孔的长期稳定抽采。
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