摘要
随着我国工业的迅速发展，浅部煤层逐渐枯竭，矿井的可采煤层逐渐变深，可采区煤层的地应力与瓦斯压力相较于浅部煤层更大，煤与瓦斯突出灾害发生的可能性更高,煤矿瓦斯灾害的治理难度也在逐渐增大。瓦斯抽采是降低瓦斯压力、消除瓦斯灾害的重要手段，在制定合理的抽采方案时，瓦斯抽采有效半径的测定与布孔方案的设计极为关键。因此，确定钻孔的有效半径与合理的布孔方案对节约瓦斯治理成本和优化瓦斯治理效果具有重要现实意义。本文以临涣煤矿9136工作面瓦斯抽采为背景，深入分析顺层钻孔瓦斯抽采有效半径的变化规律，重点开展优化顺层钻孔的布孔方案的研究，有效解决了瓦斯抽采效果不高的问题，并在试验区进行验证。主要研究内容如下: (1)分析煤层中瓦斯赋存及运移规律，建立煤层瓦斯抽采流固耦合数学模型。利用COMSOL软件对9136工作面内不同工况的钻孔瓦斯抽采进行数值模拟，根据数值模拟的结果，抽采有效半径与抽采时间呈正比，随着时间增大，同一位置瓦斯抽采速率降低;抽采有效半径与钻孔直径呈正比;抽采有效半径与抽采负压几乎无关;抽采有效半径与初始瓦斯压力呈正比;抽采有效半径与初始渗透率呈正比。 (2)采用压降法测得工作面实际的抽采有效半径为1.5m,与数值模拟结果相差13％,误差较小，证明了本文所建立的瓦斯抽采流固耦合数学模型可行，数值模拟的结果可以为现场施工提供参考。 (3)瓦斯抽采效果与钻孔布孔间距呈反比，随着钻孔布孔间距增大，两钻孔之间的中心位置残余瓦斯压力增加。顺层钻孔的最优钻孔布孔间距应为2.6m～5.2m。针对顺层双排钻孔布孔方案提出了一种优化方案，使得三花眼布孔方式的布孔间距扩大了0.3m,矩形布孔方式的布孔间距扩大了1.4m。模拟结果显示优化后的布孔方案抽采达标面积更大，三花眼布孔方案提升了25％,矩形布孔方案提升了22％。综合对比分析后，得出三花眼布孔优化方案为最优方案。经过试验区应用后，结果表明优化方案比改进方案的抽采效果更佳，与数值模拟所得结论相同，证明了优化方案的可行性。
NETL