不同注氮方式下促抽瓦斯数值模拟及工程实践

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0346

采矿与安全工程学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (4): 1045-1058.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0346

不同注氮方式下促抽瓦斯数值模拟及工程实践

林海飞1,2,3，王连梦1，舒龙勇4，季鹏飞1，双海清1,2,3，雷旭阳1，丁勇浩1

1. 西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安710054；2. 西安科技大学煤炭行业西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心，陕西西安710054；3. 西部煤矿瓦斯灾害防控陕西省高等学校重点实验室，陕西西安710054；4. 煤炭科学技术研究院有限公司，北京100013

出版日期:2026-07-15 发布日期:2026-07-21
通讯作者: 季鹏飞,E-mail： 17763563861@163.com,Tel： 17763563861
作者简介:林海飞（1979— ），男，山西省天镇县人，博士，教授，博士生导师，从事矿井瓦斯防治方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金青年项目（52425405）；陕西省杰出青年科学基金项目（2020JC-48）

Numerical simulation and engineering practice of enhanced coal seam gas extraction using different nitrogen injection methods

Online:2026-07-15 Published:2026-07-21

摘要/Abstract

摘要： 为探究不同注氮方式对煤层瓦斯强化抽采效果的影响,建立非均质煤层流-固-损伤耦合模型,借助COMSOL Multiphysics模拟软件,分析不同注氮方式下煤层渗透率、瓦斯压力参数的变化规律，以及对煤层驱替瓦斯效率、驱替比的影响规律，确定最优注氮方式并在黄陵某矿开展工程实践。结果表明：通过注氮驱替瓦斯试验与数值模拟结果的对比分析，煤体应变量的相对误差平均值为 5.24%，瓦斯、氮气体积分数的相对误差平均值分别为 6.58% 和 6.11%，验证了所构建模型的合理性；脉冲降压注氮方式在驱替效率、渗透率提升效果及氮气利用效率方面均优于其他注氮方式。脉冲降压注氮停注阶段，孔隙压力对煤基质的压缩作用减弱，进而促进瓦斯的解吸与扩散，该注氮方式的驱替效率为3.96%。周期性注停产生的气流波动，导致注氮钻孔反复胀缩并贯通煤体孔隙，煤层渗透率提升1.23%。脉冲降压注氮方式的氮气消耗量更低，驱替比为0.51。现场试验结果表明：相较于常规负压抽采，脉冲降压注氮的瓦斯累计抽采纯量提升 16.67%，且可维持抽采孔内瓦斯高浓度状态，保障瓦斯后续资源化利用的可行性。

关键词: 注氮方式, 脉冲降压注氮, 流固损伤耦合, 驱替效率, 驱替比

中图分类号:

TD 712

林海飞, 王连梦, 舒龙勇, 季鹏飞, 双海清, 雷旭阳, 丁勇浩. 不同注氮方式下促抽瓦斯数值模拟及工程实践[J]. 采矿与安全工程学报, 2026, 43(4): 1045-1058.

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Numerical simulation and engineering practice of enhanced coal seam gas extraction using different nitrogen injection methods

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