基于COMOSOL的顺层钻孔有效抽采半径的数值模拟.pdf

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1、··嬉盘查(~f43卷第1o期)基于COMOSOL的顺层钻孔有效抽采半径的数值模拟王兆丰，李炎涛，夏会辉，谭蓉晖(河南理工大学，河南焦作454003)摘要：为了能够准确地确定顺层瓦斯抽采钻孔的有效抽采半径，以煤层瓦斯赋存及瓦斯流动理论为基础，根据达西定律和质量守恒定律，以钻孔周围煤体瓦斯流动场为研究对象，建立了顺层瓦斯抽采钻孔的瓦斯流动方程，并以沁新煤矿为例，利用COMOSOL软件对抽采钻孔在不同的抽采负压和抽采时间下的瓦斯流动方程进行了数值模拟，确定出了合理的抽采负压、抽采时间及有效抽采半径。关键词：瓦斯抽采；顺层钻孔；有效抽采半径；抽采负压；数值模拟中图分类号：TD7

2、12．6文献标志码：A文章编号：1003—496X(2012)10—0004—03NumericalSimulationonEfectiveDrainageRadiusofDrillHoleAlongCoalSeamBasedonCOMSOLWANGZhao—feng，LIYah—tao，XIAHui—hui，TANRong—hui(HenanPolytechnicUnivemi~，Jiaozuo454003，China)Abstract：Inordertoaccuratelydeterminetheeffectivedrainageradiusofdrillholeal

3、ongcoalseam，accordingtotheDarcy~lawandthelawofconservationofmassaswellasthetheoryofgasflowandoccu~ence，thegasflowequationofgasextractiondrillholealongcoalseamwasestablishedtostudytheflowfieldofcoalseamgasaroundthedrilling．TakingQinxinmineasanexample，thegasflowequationwassimulatedunderdiff

4、erentdrainagenegative—pressureanddrainagetimebyusingCOMSOLsoftware，andthereasonabledrainagenegative—pressure，drainagetimeandtheeffectivedrainageradiusweredetermined．Keywords：gasextraction；drillholealongcoalseam；effectivegasdrainageradius；drainagenegative—pressure；numericalsimulation预抽煤层瓦斯

5、是防治煤与瓦斯突出的重要措层，煤层赋存稳定，煤质优良，开采技术条件优越。施，通过预抽可降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量，使煤矿井采用斜井开拓方式，共布置6个井筒，分别为主层透气性增加、煤的坚固性系数增大、地应力下降，斜井、副斜井、行人斜井、进风斜井、郭罗峪回风立井从而消除突出危险性。煤层瓦斯抽采设计的关键就和北沟回风立井。矿井采用长壁式综合机械化采煤是抽采钻孔瓦斯布置间距的确定，而钻孔瓦斯布置方法，全部垮落法管理顶板，采用分区对角式通风方间距与钻孔有效抽采半径有关，因此确定矿井的有式，机械抽出式通风方法，其中主斜井、副斜井、行人效抽采半径具有十分重要的的意义。目前，我国测斜井、

6、进风斜井进风，郭罗峪回风立井、北沟回风立定有效抽采半径的方法主要有2种：井下实测井回风。法和理论计算法I4。井下实测法的测试周期2顺层瓦斯抽采钻孔瓦斯流动方程较长，而随着数学模拟软件的发展，不仅可以模拟不同抽采条件下的有效抽采半径，还能够大大地节省2．1钻孔有效抽采半径的定义测定抽采半径的时间。钻孔有效抽采半径是指在规定时间内以抽采钻孔为中心，该半径范围内的瓦斯压力或含量降1矿井概况到安全容许值的范围。钻孔的有效抽采半径是抽采沁新煤矿是山西沁新能源集团股份有限公司的时间、抽采负压、瓦斯压力、煤层透气性系数以及煤一个中型矿井，井田位于山西省沁源县西部，东距沁层原始瓦斯压力、

7、吸附性能、抽采负压的函数。源县城约17km，隶属于李元镇管辖。矿井生产能2．2瓦斯流动理论方程力1．50Mt／a，井田面积18．9369km，现开采2煤根据周世宁院士的煤层瓦斯赋存与渗透理墁舅分(2012一lO)·5·论]，瓦斯在煤层中的流动按空间流场类型可分，一为：单向流动、径向流动和球向流动；按煤层中的瓦Jat()a斯流动与时间关系分为不稳定流场(瓦斯流动与时面+间有关)和稳定流场(瓦斯流动与时间无关)2类。该式即为顺层瓦斯抽采钻孔单向非稳定线性流这里采用不稳定流动理论来推导瓦斯流动方程，并做出以下假设：①顺层瓦斯抽采钻孔