基于Comsol的瓦斯抽放半径研究.pdf

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1、煤矿现代化2015年第2期总第125期基于Comsol的瓦斯抽放半径研究张耀昆(铜川市耀州区煤炭管理局，陕西铜川7271O0)摘要煤层钻孔抽放瓦斯在煤与瓦斯突出矿井工作面的消突中起到非常重要作用，煤层钻孔有效抽放半径在抽放设计中是至关重要的设计参数，本文基于有限元软件Comsol对煤层钻孔周围的应力场和瓦斯压力分布进行了模拟计算，在此基础上分析了煤层钻孔的有效抽放半径，研究表明抽采负压对瓦斯抽放半径的影响很小，可为煤层钻孔抽放瓦斯提供借鉴。关键词煤层钻孔；抽放半径；瓦斯；数值模拟中图分类号：TD713．3文献

2、标志码：A文章编号：1009—0797(2015)02—0077—04瓦斯抽放半径对于钻孔抽放设计是一个至关重的流动均为沿着垂直于巷道的方向流动，见图1。要的参数，众多研究者对钻孔有效抽放半径进行了(2)径向流动。煤层瓦斯的径向流动为在三维空研究，文献[1】基于瓦斯流态的方法进行了瓦斯抽放间内，两个方向上存在分速度，而另一个方向上的分半径研究，认为钻孔抽放范围为线性渗流区和低速速度为零的流动。例如：竖井、石门、钻孔垂直穿透煤非线性渗流区。抽放半径随着压力差的增大而增大，层等，一般情况下，其等瓦斯压力等值线平行

3、煤壁近但变化不明显。文献[2]介绍了相对瓦斯压力测定法似呈同心圆形，如图2所示。测定瓦斯抽放半径的工作原理；文献【3]在现场测定考察研究的基础上，利用灰色关联理论及方法，提出了瓦斯抽放钻孔有效抽放半径的计算公式。瓦斯抽放半径的测定方法有直接法和间接法，煤矿实际生产过程中一般采用直接法进行测定，这种方法需要大量的实测瓦斯资料，且工程量较大误差也大；本文基于有限元软件Comsol对钻孔周围的应力场和流场进行了数值计算，并研究了不同抽放负压对抽放半1一流线；2一等压线；3一钻孔径的影响，结果表明：抽放负压对抽放半径

4、的影响较图2径向流动示意图小，在此基础上以瓦斯压力为0．74MPa为界限模对(3)球向流动。煤层瓦斯的球向流动为在三维空抽放半径进行了数值模拟研究。间内，三个方向上均存在分速度的流动。例如：钻孔、石门刚进入煤层等情况，煤壁内的瓦斯流动形式均为l煤层瓦斯流动的基本类型球向流动。球向流动的瓦斯压力等值线为近似同心球根据瓦斯流场的空间几何形状的不同，可以将状的等压线，流体流线一般呈放射网状，如图3所示。瓦斯流动状态分为单向流动、径向流动和球向流动三种类型。／■■■■—●●■●1一揭煤工作面；2一流线；3一煤图3球向

5、流动示意图1一流线；2一等压线；3一巷道本文建立煤层钻孔抽放瓦斯的二维模型，认为图1单向流动示意图瓦斯流动符合径向流动。(1)单向流动。煤层瓦斯的单向流动为在三维空2基于Comsol的瓦斯抽放模型间内，只有一个方向上有流速，其它两个方向上的流速为零的流动。例如：沿煤层开掘平巷，且巷道高度大煤体是一种多孔介质，影响瓦斯在煤层中流动的于煤层厚度，煤层被巷道全部开切，则巷道两侧瓦斯因素极其复杂，为此，首先做如下假设：①由于煤层顶·77·煤矿现代化2015年第2期总第125期集中自动添加系统联用后的降尘效果，对是量工

6、鞋作刊键面在例连续、均匀、稳定的添加到防尘用水中，使喷雾的开启喷雾且使用除尘剂集中自动添加枷系瑚统后啪的渤m粉尘。除尘剂浓度保持在最佳效果的范围内，减小水的表浓度进行现场测定，并将测定后的数据与不采取任面张力，提高喷雾降尘效率的目的。何降尘措施条件下进行对比分析，如图5所示。参考文献：从图5中数据可见，工作面在使用工作面原有清水喷雾降尘措施时，工作面全尘平均降尘率为[1]龚小兵．降尘剂无动力自动添加装置的试验研究[J]．矿业65．32％，呼尘平均降尘率仅为62％，而同时开启除尘安全与环保，201l，38(4)

7、：8—14．剂集中自动添加装置后，综放工作面全尘和呼尘的平[2】夏玮，李国辉．控制系统仿真与实例详解[M】．北京：人民邮均降尘率分别达到了81．09％和79．43％，全尘平均降电出版社，2008：200—220．尘率提高15．77％，呼尘平均降尘率提高17．43％，工[3]曾康生，胡乃联，程卫民，等．综放工作面湿润剂喷雾降作面卫生条件得到了较大改善。从降尘效果来看，除尘机理及高效降尘湿润剂的试验[J】．煤炭学报，2009，34(12)：1675—1680．[4】刘涛．矿用无动力液体自动添加装置关键技术研究[J

8、1．煤矿机械，2013，34(8)：76—79．[5]蒋玲．PLC控制的絮凝剂自动配制系统的研究【D】．安徽理工大学，2007，4-7．割煤司机处放蜣移架嚣部滴头盾部滴头多丁二序破碎帆转载机同佩巷[6】马尚权，张茂增．抑尘剂添加装置的设计研究『J1．煤矿机滴点位置械，2009．30(8)：13—15．尘剂对工作面呼吸性粉尘的降尘效果更加明显。[7】李玉元，孙文，曹佃君，等．煤矿用粉尘41、捉剂及自动