近距离煤层群瓦斯立体抽采瓦斯流动规律的模拟

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1、近距离煤层群立体抽采瓦斯流动规律的模拟汪东生（河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作454000）摘要：对近距离煤层群采空区垮落带破碎煤岩的渗透率进行量化研究，得出其分布规律；采用FLUENT软件模拟了近距离煤层瓦斯立体抽采防突过程，得出了高位走向钻孔、采空区和钻孔周围的瓦斯流动及分布规律，确定了相关的抽采负压、流量和抽采半径等参数。关键词：渗透率；数值模拟；瓦斯流动分布规律；抽采参数中图分类号：TP028.8文献标识码：ASimulationofgasflowruleatthree-dimensionaldrain

2、ageunderclose-distanceseamgroupminingWangDong-sheng（SchoolofSafetyScienceandEngineering,HeNanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,China）Abstract:Throughstudyingonpermeabilityofcoalandrockatgoafcollapsezoneunderclose-distanceseamgroupmining,thegasdistributionlawca

3、nbereceived.Simulationthree-dimensionaldrainageunderclose-distanceseamgroupminingusingFLUENTsoftware,thegasflowanddistributionlawofroofhighlocationstrikedrillingholeandgoafandarounddrillingholecanbereceived.Thedrainagenegativepressureandquantityofflowandinfluenc

4、esemi-diameterofdrainagecanbeconfirmed.Keywords:permeability;numericalsimulation;ruleofgasflowing;drainageparameter瓦斯立体抽采防突体系，即“以抽为本，立体消突”的防突体系，以抽采为主要手段，在立体上采取综合防突措施，由“单一平面抽采”变为“立体综合抽采”，从而克服单一平面防突措施的不足，从根本上消除突出危险。贵州矿区的实际情况而言，开采保护层的措施防突效果较好，采取了该项措施，其有效保护范围内煤层开采的防

5、突问题，一般可以得到有效的解决，在该区域进行采掘时，我们主要采取了钻孔法预抽本煤层瓦斯、埋管抽采上隅角瓦斯、高位钻孔抽采瓦斯等。1模拟中参数的取值将采空区冒落煤岩看做多孔介质。根据双重介质模型理论，由于在采动区域内影响流体渗透率的主要是采动裂隙，原始孔隙的渗透率要比采动裂隙低好几个数量级，因此认为采动裂隙是采空区内风流流动的主要通道，而将原始孔隙看做瓦斯涌出源，冒落煤岩的渗透率就是其采动裂隙的渗透率。根据岩层移动以及顶板来压的规律，采空区的渗透率为“O”型圈分布[1]。利用Blake-Kozeny公式可以估算出采空区

6、冒落带的渗透率值。Blake-Kozeny公式：（1）式中，K为采空区冒落带渗透率（md）；DP为平均粒子直径（m）；为空间所占分数，即空间（不包括原有孔隙）的体积除以总体积，取0.1～0.25。将研究的对象由采空区扩大成为包括采空区、工作面和进回风巷的采场，将采场作为一个系统进收稿日期：2010－06－09作者简介：汪东生（1970－），男，山东淄博人，河南理工大学博士后，高级工程师.Tel：0391-3987137，Email：wdsheng308@sina.com行研究。由于工作面和进回风巷数据的获得相对于采空区

7、容易很多，因此通过工作面、进回风巷数据与模拟结果的比较便可以推定模拟结果与现场实际的相符程度。从而获得整个采场风流流场的情况。2采空区垮落带的渗透率分布规律根据上覆岩层在采动影响后的“砌体梁”力学模型，上覆岩层的形态曲线即为岩层内部的移动曲线。岩层内部移动曲线指的是在竖直方向上的空间压缩状态，由此推出竖直一维方向上的空隙率随采空区深度x的变化，如果将采空区垮落带煤岩看作各向同性，则可以得出采空区渗透率随x的变化规律。理论推导是在“砌体梁”力学模型假设的基础上建立的[2-4]。如果将采空区垮落带煤岩看作各向同性，则可以得

8、出采空区渗透率随采空区深度变化的公式如下：（2）（3）当开采为综采工作面时，其计算公式为：（4）式中，为采空区深度（m）；li为第i组结构的移动距离（m）；RT、hi分别为第i组坚硬岩层的抗拉强度（kg/m2）及厚度（m）；q为其自重及其上软岩层的载荷（kg）；H为空间厚度（m）；(Wo)i为上覆岩层的理论最大下沉量（m），数值为