抽采钻孔失稳坍塌对瓦斯抽采的影响机制研究及应用

作者：张学博; 王豪; 杨明^*; 王攀; 韩林秀

来源：煤炭学报, 2023, 48(08): 3102-3115.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2022.0925

• 瓦斯抽采钻孔
• 失稳坍塌
• 负压分布
• 瓦斯抽采量
• 有效抽采半径

抽采钻孔失稳坍塌是阻碍煤层瓦斯(煤层气)高效抽采的关键问题之一。为了解决松软煤层抽采钻孔失稳坍塌难题，基于实验室试验及变质量流压降等理论分析，建立了综合考虑钻孔变形失稳、煤层瓦斯运移及钻孔负压沿孔长动态衰减的耦合数学模型，数值分析了抽采钻孔失稳坍塌对瓦斯抽采的影响机制，提出了基于抽采负压分布测试的抽采钻孔失稳坍塌特性探测技术。研究表明：(1)完整孔瓦斯抽采效果较好，钻孔负压损失很小，100 m长钻孔抽采1 d时总负压损失仅占孔口抽采负压的0.04%，孔口、孔底煤层瓦斯分布及有效抽采半径基本相同。(2)孔底塌孔对瓦斯抽采效果影响有限，但孔口附近塌孔对瓦斯抽采效果的影响较大；孔底和孔口附近均塌孔90%时，抽采90 d后瓦斯抽采量比完整孔瓦斯抽采量分别降低了38.7%、69.6%，抽采180 d后孔底有效抽采半径分别是孔口有效抽采半径的88.7%、75.0%，抽采1 d总负压损失分别占孔口抽采负压的5.1%、28.4%。(3)钻孔堵孔严重影响瓦斯抽采效果，孔内堵塞煤体与周围煤体形成连续介质，孔内压力成为了煤层瓦斯压力，失稳段无法抽采瓦斯；抽采90 d时孔底堵孔瓦斯抽采量仅占完整孔瓦斯抽采量的17.6%。(4)钻孔抽采负压分布对抽采钻孔失稳坍塌特性较为敏感，提出了基于抽采负压分布测试的抽采钻孔失稳坍塌特性探测技术，通过在某矿25030工作面的应用，确定了其抽采钻孔失稳坍塌区域(65～80 m)及坍塌程度(严重塌孔)，建议矿方对钻孔失稳坍塌区域进行针对性的注浆防护。

• 单位
  河南理工大学; 河南神火煤电股份有限公司