Parametric Optimization of Gas drainage via Cross-measure boreholes in Floor Strata in a Coal Mine: A Multiphysics Simulation Study

سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 108

فایل این مقاله در 21 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JMAE-17-4_004

تاریخ نمایه سازی: 21 مهر 1405

چکیده مقاله:

Effective gas drainage in coal mines necessitates the precise optimization of borehole parameters to reduce gas pressure and prevent gas outbursts. However, current drilling designs predominantly rely on field experience rather than site-specific quantitative analysis of geological conditions, leading to limitations in adaptability. This study establishes a COMSOL-based multiphysics coupling model that integrates stress-permeability interactions, gas adsorption-desorption kinetics, and fracture-induced permeability evolution to evaluate the gas drainage performance of cross-measure boreholes in floor strata. Simulation results indicate that directional borehole spacing is the most influential factor: reducing the spacing from ۲۵ m to ۲۰ m significantly increases gas drainage efficiency by ۳۱.۴%, while extending the drainage duration from ۹۰ days to ۲۷۰ days expands the influence radius by more than ۳۵%. In contrast, variations in borehole diameter (۷۵-۱۱۵ mm) and negative pressure (۱۰-۹۰ kPa) exert a negligible impact on gas pressure (with a variation of less than ۵%), reflecting limited sensitivity. The optimal borehole location is determined to be at the lower boundary of the mining-induced fracture zone. A gradient layer analysis further confirms that the perforation depth should match the range of the plastic deformation zone (۱۵-۲۵ m). The proposed parametric optimization strategy provides a quantitative framework for directional drilling design, enabling the matching of borehole layout with the scale of fracture development. These findings contribute to enhancing the accuracy of gas control and the engineering adaptability of gas drainage systems under complex geological conditions.

نویسندگان

Tingze Li

Faculty of Geosciences and Engineering, Southwest Jiaotong University

Yu Wang

School of Resources and Geosciences, China University of Mining and Technology

Genyuan Tan

College of Safety Engineering, China University of Mining and Technology

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • . Raza, M. A., Karim, A., Aman, M. M., Al-Khasawneh, ...
  • . Chen, X., Li, L., Wang, L., & Qi, L. ...
  • . Wu, Y., Xiao, X., & Song, Z. (۲۰۱۷). Competitiveness ...
  • . Dzhioeva, A. K., & Brigida, V. S. (۲۰۲۰). Spatial ...
  • . Tian, S., Wang, Y., Ma, T., Mao, J., & ...
  • . Yuxin, W., Gui, F., Qian, L., Jingru, W., Yali, ...
  • . Braga, L. T. P., & Kudasik, M. (۲۰۱۹). Permeability ...
  • . Li, H., Wang, W., Liu, Y., Ma, J., & ...
  • . Yan, X., Ariaratnam, S. T., Dong, S., & Zeng, ...
  • . Niu, X., Pang, D., Liu, H., Zhang, Y., Cheng, ...
  • . Zhai, C., Li, M., Sun, C., Zhang, J., Yang, ...
  • . Hosseini, A., Najafi, M., & Hossein Morshedy, A. (۲۰۲۴). ...
  • . Hosseini, A., Najafi, M., & Morshedy, A. (۲۰۲۲). Determination ...
  • . Hosseini, A., & Najafi, M. (۲۰۲۱). Determination of methane ...
  • . Hosseini, A., Najafi, M., & Morshedy, A. H. (۲۰۲۲). ...
  • . Hosseini, A., Najafi, M., & Hossein Morshedy, A. (۲۰۲۵). ...
  • . Bagherzadeh, A., Najafi, M., Marji, M. F., & Noroozi, ...
  • . Qin, M. (۲۰۱۷). Study on the treatment of upper ...
  • . Yeo, M., Macgregor, A. J., Pinkstone, H., & Piccolo, ...
  • . Zhang, J., Ruan, G., Bai, Y., & Ning, T. ...
  • . Ruda, T., & Farrar, J. (۲۰۰۵). Environmental drilling for ...
  • . Majeed, G. A. M. (۲۰۲۰). Directional Drilling Optimization with ...
  • . Wood, D. A. (۲۰۱۵). Drilling and borehole techniques relevant ...
  • . Yan, Z., Wang, Y., Fan, J., Huang, Y., & ...
  • . Chen, Y., Zhou, L., Peng, Y., & Ren, X. ...
  • . Li, Z., Xie, R., Wu, Y., & Yuan, J. ...
  • . Liu, J., Wu, Z., Lu, P., Liu, Z., & ...
  • . Li, Y. (۲۰۱۸). Upper corner gas control based on ...
  • . Chao, X. U., Fei, L. I. U., & Jun, ...
  • . Jamalan, S., Sereshki, F., Ataei, M., & Najafi, M. ...
  • . Tanguturi, K., & Balusu, R. (۲۰۱۵). Fundamental understanding of ...
  • . Hosseini, M., Madani, H., & Shahriar, K. (۲۰۲۲). CFD-based ...
  • . Li, C., Li, C., Nie, B., Han, Q., & ...
  • . Wang, X., Zhang, Y., Zhang, Q., Wei, Y., Liu, ...
  • . Zhang, J., Dong, Y., Chen, Y., Jiang, Y., Sun, ...
  • . Guanghong, W. A. N. G. (۲۰۱۹). Application test on ...
  • . Wang, F., Ren, T., Tu, S., Hungerford, F., & ...
  • . Evanoski-Cole, A. R., Gebhart, K. A., Sive, B. C., ...
  • . Field, R. A., Soltis, J., & Murphy, S. (۲۰۱۴). ...
  • . Liu, J., Wang, Z., Wang, Q., Zou, S., & ...
  • . Robertson, E. P., & Christiansen, R. L. (۲۰۰۸). A ...
  • . Pan, Z., & Connell, L. D. (۲۰۱۱). Modelling of ...
  • . Chen, L., Ma, M., Wang, H., Liu, X., Wu, ...
  • . Cui, P. F., Shang, D. L., Chu, P., Li, ...
  • نمایش کامل مراجع