扩孔前后煤层渗透率阶段演化与瓦斯动态运移特征研究

徐超; 苑永旺; 王凯; 蒋立翔; 胡园园; 蔡永博; 刘伟

doi:10.19606/j.cnki.jmst.2025141

矿业科学学报 ›› 2025, Vol. 10 ›› Issue (05) : 900 -911+1029. DOI: 10.19606/j.cnki.jmst.2025141

扩孔前后煤层渗透率阶段演化与瓦斯动态运移特征研究

徐超, 苑永旺, 王凯, 蒋立翔, 胡园园, 蔡永博, 刘伟

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摘要

机械扩孔技术能够显著提高煤层渗透性、促进低渗透性煤层的瓦斯抽采，是降低煤与瓦斯动力灾害风险的有效措施。为揭示机械扩孔对瓦斯抽采的影响机制，通过气固耦合模型与数值模拟，研究了扩孔前后煤层渗透率演化规律并求解了瓦斯抽采解析解。随后在阳泉矿区开展了现场试验予以验证。结果表明：扩孔应力扰动下煤层瓦斯压力下降速率变化规律可分为随抽采时间逐渐减小(Ⅰ型)和基本不变(Ⅱ型)2种，扩孔煤层瓦斯压力明显低于普通孔径煤层；随距钻孔中心距离增加煤层渗透率逐渐降低，随时间延长煤层渗透率不断增大，扩孔煤层渗透率明显高于普通孔径煤层；相较于普通孔径钻孔，扩孔钻孔瓦斯渗流速度提高约8倍，有效抽采半径扩大1.70倍～1.78倍；实施机械扩孔掘进工作面煤层的瓦斯平均抽采浓度、纯量分别提升了6.2倍、12.6倍，残余瓦斯含量减少了19%。扩孔明显提高了煤层渗透性与瓦斯抽采效果，这既证明了机械扩孔技术的有效性，也验证了耦合模型的可靠性。