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钻孔周围瓦斯压力分布及抽放参数研究

汇报人：

2024-01-17

引言

钻孔周围瓦斯压力分布规律

抽放参数对瓦斯压力分布的影响

钻孔周围瓦斯压力与抽放参数关系模型

现场试验与数据分析

结论与展望

引言

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瓦斯灾害

随着煤矿开采深度的增加，瓦斯灾害问题日益严重，对煤矿安全生产构成严重威胁。

钻孔抽放

钻孔抽放是降低煤层瓦斯含量和压力的有效手段，对于预防瓦斯灾害具有重要意义。

研究意义

研究钻孔周围瓦斯压力分布及抽放参数，有助于优化钻孔布置和抽放设计，提高瓦斯抽放效率，保障煤矿安全生产。

国内研究

国内学者在钻孔瓦斯抽放方面也取得了一定成果，但相对于国外研究，还存在一定差距。

研究空白

目前关于钻孔周围瓦斯压力分布及抽放参数的研究相对较少，尚未形成系统的理论和方法体系。

国外研究

国外学者在钻孔瓦斯抽放方面开展了大量研究，主要集中在抽放机理、数值模拟和现场试验等方面。

研究目的：揭示钻孔周围瓦斯压力分布规律，探讨不同抽放参数对瓦斯抽放效果的影响，为优化钻孔布置和抽放设计提供理论依据。

研究内容

建立钻孔周围瓦斯压力分布的数学模型；

通过数值模拟和现场试验验证数学模型的准确性和可靠性；

分析不同抽放参数（如钻孔直径、间距、倾角等）对瓦斯抽放效果的影响；

提出优化钻孔布置和抽放设计的建议。

钻孔周围瓦斯压力分布规律

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地质构造

断层、褶皱等地质构造对瓦斯赋存和运移有显著影响，进而影响瓦斯压力分布。

煤层赋存条件

煤层的厚度、倾角、埋深等赋存条件对瓦斯压力和含量有直接影响。

水文地质条件

地下水的流动和分布对瓦斯运移和聚集有重要作用，从而影响瓦斯压力分布。

03

02

01

压力梯度

钻孔周围瓦斯压力呈现明显的压力梯度，即距离钻孔越远，瓦斯压力越高。

压力等值线

在钻孔周围，瓦斯压力等值线呈现近似圆形的分布，且随着距离的增加，等值线逐渐稀疏。

压力变化率

钻孔周围的瓦斯压力变化率较大，尤其是在钻孔附近，压力变化率可达最大值。

不同地质构造条件

在不同地质构造条件下，钻孔周围瓦斯压力分布规律存在明显差异。例如，在断层附近，瓦斯压力分布可能呈现明显的非对称性。

不同煤层赋存条件

不同煤层赋存条件下，钻孔周围瓦斯压力分布也有所不同。例如，在厚煤层中，由于瓦斯含量高，钻孔周围的瓦斯压力也相应较高。

不同水文地质条件

水文地质条件对钻孔周围瓦斯压力分布也有显著影响。例如，在地下水丰富的地区，由于地下水的流动和溶解作用，钻孔周围的瓦斯压力可能会降低。

抽放参数对瓦斯压力分布的影响

03

抽放负压的波动会导致钻孔周围瓦斯压力的不稳定，进而影响瓦斯抽放的效率和安全性。

负压波动，瓦斯压力不稳定

随着抽放负压的增大，钻孔周围的瓦斯压力逐渐降低，负压对瓦斯压力的降低作用明显。

负压增大，瓦斯压力降低

在抽放过程中，由于负压分布的不均匀性，导致钻孔周围瓦斯压力梯度发生变化，可能形成局部高压或低压区域。

负压分布不均，瓦斯压力梯度变化

随着抽放流量的增大，钻孔周围的瓦斯压力逐渐降低，流量对瓦斯压力的降低作用显著。

流量分布不均，瓦斯压力梯度变化

在抽放过程中，由于流量分布的不均匀性，导致钻孔周围瓦斯压力梯度发生变化，可能形成局部高压或低压区域。

流量波动，瓦斯压力不稳定

抽放流量的波动会导致钻孔周围瓦斯压力的不稳定，进而影响瓦斯抽放的效率和安全性。

流量增大，瓦斯压力降低

抽放时间延长，瓦斯压力降低

随着抽放时间的延长，钻孔周围的瓦斯压力逐渐降低，时间对瓦斯压力的降低作用明显。

时间累积效应，瓦斯压力梯度变化

在长时间的抽放过程中，由于时间累积效应的作用，钻孔周围瓦斯压力梯度发生变化，可能形成局部高压或低压区域。

时间周期性变化，瓦斯压力波动

随着抽放时间的周期性变化（如昼夜、季节等），钻孔周围瓦斯压力也会发生相应的波动。

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钻孔周围瓦斯压力与抽放参数关系模型

04

瓦斯压力分布模型

抽放参数模型

数值求解方法

基于钻孔周围煤体的物理性质、瓦斯含量及渗透性等参数，建立瓦斯压力分布的数学模型。

根据钻孔直径、抽放负压、抽放时间等参数，建立抽放瓦斯流量、浓度等抽放参数的数学模型。

采用有限差分、有限元等数值方法，对建立的数学模型进行离散化和求解，得到钻孔周围瓦斯压力分布及抽放参数的数值解。

通过实验室模拟实验，对建立的数学模型进行验证，比较实验数据与模型预测结果的吻合程度。

实验验证

在煤矿现场进行钻孔瓦斯抽放试验，收集实际数据，与模型预测结果进行对比分析，验证模型的可靠性。

现场验证

对模型预测结果与实际数据之间的差异进行统计分析，找出误差来源，提出改进措施，提高模型的预测精度。

误差分析

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钻孔设计优化

根据建立的数学模型，分析不同钻孔参数对瓦斯抽放效果的影响，为钻孔设计提供优化建议。

瓦斯抽放效果预测

利用建立的数学