[研究生课题] A novel method to quantitative evaluate the permeability improvement around a hydraulic flushing-enlarged borehole

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[研究生课题] A novel method to quantitative evaluate the permeability improvement around a hydraulic flushing-enlarged borehole

开始时间:2019.7.1

课题承担人:褚鹏 (点击查看

研究背景

水利冲孔技术是煤矿井下广泛应用的有效的增透手段,钻孔形成后通过高压水力冲孔形成更大的孔穴,进而促使煤体产生大量损伤裂隙与应力转移,是该技术能够增透的内在力学机制。准确获知冲孔后煤体的渗透率分布,是进行水力冲孔强化瓦斯抽采设计的重要基础。然而,水利冲孔后钻孔周围煤层渗透率呈非均匀分布,现有手段很难直接测定冲孔后非均匀的渗透率分布,数值模拟分析是最常用的方法,但其缺陷是很难获得准确的煤层地应力分布与软煤力学参数。

为了能明确掌握冲孔后煤层的渗透率大小,本文提出了一种现场应用的等效渗透率和半径方法,评价水利冲孔的增透效果。为了对水力冲孔后煤层的渗透率定量表征,本文提出了等效渗透率和等效增透半径来简化地等效表达水力冲孔后煤层的渗透率。在距离钻孔中心一定范围内,将渗透率等效为常数 ,在该范围外煤层渗透率为原始值,该范围和渗透率分别定义为等效渗透率和等效增透半径。使用等效渗透率和等效增透半径对水利冲孔的增透效果进行综合评价。应用等效渗透率和半径方法时,现场测定煤层瓦斯压力、瓦斯含量和钻孔瓦斯流量,计算得到等效渗透率。通过瓦斯流动模型的数值模拟,得到等效增透率半径,不需要测定煤层应力和力学参数,方便工程现场的应用。

建立了水力冲孔后煤层变形破坏的渗透率模型和煤层瓦斯运移模型,并应用于有限元分析软件,将模拟数据与实验和现场测得数据对比,验证模型了的可靠性。将建立的渗透率模型用于数值模拟分析了冲孔钻孔周围煤体的渗透率分布。通过数值模拟对比分析了用真实渗透率和等效渗透率表征冲孔后煤层的渗透率分布的瓦斯抽采效果,结果表明两种表达方式下的瓦斯抽采效果差别很小在工程误差允许的范围内,证明等效渗透率和等效增透半径代替真实渗透率等效地表征水利冲孔后煤层的渗透率分布是可靠的,等效渗透率和半径方法可以评价水利冲孔的增透效果。

课题进展

  • 2019.07-2019.09 阅读文献、书籍,学习水利冲孔和增透相关知识
  • 2019.10-2018.12 确定文章思路,进行数值模拟和结果分析,撰写初稿
  • 2020.01-2020.02 修改草稿
  • 2020.03-2020.05 文章翻译、润色、修改工作
  • 2020.05-2020.06 投稿

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