水力割缝煤体多场耦合响应规律研究

发布时间：2020-03-04 08:56

【摘要】：针对水力割缝钻孔周围的扰动裂隙范围以及合理的布孔间距问题,文中建立了水力割缝煤体多场耦合模型。以杨柳矿特定的地质条件为基础,考虑应力场、裂隙场以及渗流场耦合效应,开展了水力割缝钻孔周围瓦斯流场演化数值模拟研究。结果表明:水力割缝钻孔周围存在半径约为2 m的扰动裂隙圈,割缝孔周围瓦斯压力变化曲线存在"陡坡"现象。水力割缝钻孔瓦斯抽采的有效影响半径约为4.6 m,最适布孔间距约为7 m,与现场测试结果相吻合。多孔协同抽采30 d后,钻场控制区域均已消突,抽采效果理想。
【图文】：

割缝孔周围扰动裂隙范围为2m，割缝孔间距为7m，如图1(c)所示。模拟所用参数均来自现场实测，模型的基本参数见表1．图1几何模型Fig．1Geometricmodel(a)单孔瓦斯抽采(b)双孔瓦斯抽采(c)多孔协同瓦斯抽采表1模型的基本参数Tab．1Basicparametersofthemodel参数值杨氏模量/GPa1．2煤体密度/kg·m－31500泊松比0．2内聚力/MPa3内摩擦角/deg32瓦斯密度/kg·m－30．717煤的初始孔隙率0．0604煤的初始渗透率/m29×10－15瓦斯的动力黏度/Pa·s1．84×10－5扰动裂隙的渗透率/m25×10－122割缝煤体多场耦合响应规律2．1单孔瓦斯抽采影响半径水力割缝钻孔预抽煤层瓦斯时，在瓦斯压力与抽采负压共同作用下，煤体中的瓦斯被抽出并形成了以钻孔为中心的类似于圆形的影响圈，影响圈的半径即为瓦斯抽采影响半径。根据文献［9］中的分析可知，割缝钻孔瓦斯抽采影响半径的判定标准为:钻孔周围某点的瓦斯压力降到原始瓦斯压力的50%，则该点在钻孔的有效影响范围内。根据此判定条件，在COMSOL有限元软件中分析了割缝孔周围无扰动裂隙、割缝孔周围1，，2，3，4m扰动裂隙区5种模型。从而确定进行高压水力割缝后割缝孔周围的扰动裂隙范围以及与钻孔周围无扰动裂隙的区别。本模型中割缝孔周围裂隙条数根据割缝孔与裂隙区之间的面积成倍数增加。模型分析结果如图2和图3所示。从图2中可以看出，割缝孔周围无扰动裂隙的抽采影响范围与割缝孔周围存在扰动裂隙的抽采影响范围相差较大，且割缝孔周围扰动裂隙区越大，瓦斯抽采影响范围越大，抽采效果越好。从图3可知，抽采30d后割缝孔周围瓦斯压力降到原始瓦斯压力的50%，即1MPa时:无扰动裂隙范围抽采影响半径及1，2，3，4m扰动裂隙范围抽采影响半径分别约为1．

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本文编号：2584694