郝瑞云

(山西煤炭进出口集团 科学技术研究院有限公司， 山西 太原 030002)

目前，我国瓦斯治理普遍采用顺层平行长钻孔抽采瓦斯[1-2]. 在低透气性松软煤层，抽采钻孔采用密集布置，因封孔密封性差，钻孔瓦斯流量衰减快，导致抽采瓦斯流量小、瓦斯浓度低，造成抽采效果不佳[3-5]. 尤其在松软煤层中由于钻孔围岩受二次应力作用，导致钻孔围岩裂隙发育严重，与煤壁裂隙贯通，与外部环境联通形成导气通道。外部气体在联孔高负压作用下沿裂隙通道渗入钻孔内，造成瓦斯抽采浓度低，同时封孔难度增加，严重影响瓦斯抽采效果，给煤矿安全生产带来隐患。因此，提高钻孔密封性及瓦斯抽采浓度成为低透气性松软煤层亟待解决的工程难题[6].

以霍尔辛赫矿3#煤层为背景，为提高钻孔瓦斯抽采效果，对软煤顺层瓦斯抽采钻孔封孔参数进行研究，采用数值模拟及理论计算，分析钻孔破坏变形规律，确定最优封孔参数。

1 工程概况

霍尔辛赫矿3#煤层埋深 550 m左右，煤层平均厚度5.6 m，构造较简单，属于稳定煤层。钻孔d113 mm，计算建模尺寸为长286 m×宽5 m×高86 m，模型共35 800个单元体，26 000个网格节点。煤层钻孔采用摩尔库伦本构模型，岩石物理力学参数见表1，模拟钻孔在等围压作用下变形破坏特性。上覆岩层重量由模型顶部施加均布载荷实现，其余边界设置为固定边界。

表1 岩石物理力学表

2 数值模拟分析

2.1 钻孔应力模拟分析

钻孔垂直应力云图与监测曲线见图1. 从图1a)可以看出，钻孔垂直应力分散在其四周，呈上下、左右对称式分布，垂直应力集中区发生在钻孔左右两侧，钻孔上下为卸压区。……