顺层钻孔有效抽放半径影响因素的数值分析.pdf

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1、第13卷第2期安全与环境学报Vo1．13No．22013年4月JournalofSafetyandEnvironmentApr．，2013文章编号：10096o94(2913)02—0157-04学模型，对钻孔周围煤层瓦斯流动规律进行研究。顺层钻孔有效抽放半径影响1钻孔周围瓦斯流动模型的建立因素的数值分析1．1物理模型的建立本文以某矿井现场所采用的一组顺层瓦斯抽放钻孔的基张学博-一，姬忠超，高建良，本参数为依据，选取钻孔孑L径0．075m，封孔长度l0m，钻孔总(1河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作454003；长度80m。所采用的钻孔

2、瓦斯抽放模型见图1。2河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室一省部共建国家重点1．2钻孔周围瓦斯流动方程实验室培育基地，河南焦作454003)在矿井中的实际条件下，由于在形成过程中受到各种因素的影响，煤层具有非均匀性，但是在一个较大的区域内，除摘要：钻孔有效抽放半径是矿井瓦斯抽放措施中的一个重要参数，断层等地质构造带外，宏观上，煤层可以看做是均匀的，煤层直接关系到抽放钻孔的设计、布置和抽放时间的长短。以瓦斯在煤层内的瓦斯压力也可以看做是均匀分布的[引。为了简化问题，中的流动规律为基础，运用达西定律、质量守恒定律和气体状态方程突出研究重点，对钻孔周

3、围瓦斯流动数学模型作以下假设：建立了描述钻孔周围煤层瓦斯流动规律的数学模型，利用有限差分法1))钻孔周围煤层原始瓦斯压力均匀分布；对其进行解算，分析煤层瓦斯压力、煤层渗透性、抽放时间等参数对钻2)瓦斯在煤层中的流动过程为等温过程，遵循Darey渗孔有效抽放半径的影响，得出了钻孔在不同抽放时间下的有效抽放半透定律；径。结果表明：煤层原始瓦斯压力和煤层渗透率对钻孔有效抽放半3)瓦斯气体被视为理想气体，服从理想气体状态方程；径影响较大；钻孔的有效抽放半径随着抽放时间的延长不断增大；钻孔的有效抽放半径主要取决于抽放时间和煤层的赋存条件。数值模4)煤层

4、顶底板透气性极低，顶底板被视为不透气且不含拟方法相对于传统方法更简便快捷。瓦斯；关键词：安全工程；钻孔；有效抽放半径；瓦斯抽放5)煤层吸附瓦斯含量符合朗格缪尔方程，瓦斯脱附在瞬中图分类号：X936文献标识码：A间完成。DOI：10．3969／j．issn．1009—6094．2013．02．033根据以上假设，瓦斯在煤层中的流动应遵循以下方程。1)钻孔周围煤层瓦斯流动的连续性方程。0引言根据质量守恒定律，在dr时间内，控制体流体流人流出目前，预抽煤层瓦斯是突出矿井最常用的防突措施，在突的质量差等于控制体总的质量变化，即出矿井消除工作面突出方面

5、起着至关重要的作用。钻孔的有+div()：0(1)效抽放半径是该措施的一个重要参数，直接关系到预抽钻孔的设计、布置和预抽时间的长短，影响瓦斯抽放的效果。如果式中．D为瓦斯压力为P时密度，kg／m3；为煤层瓦斯流动速钻孔布置的间距过大，在规定时间内可能存在抽放空白带，不度，m3／(m2·S)；n为孔隙率。能取得良好的消突效果，会给安全生产带来严重威胁；如果钻2)煤层瓦斯的运动方程。孔布置过密，则增加了不必要的工程量，浪费人力、财力和物瓦斯在煤层中的流动符合达西定律，即力。因此，准确取得钻孔的有效抽放半径对矿井的瓦斯抽放Pd(2)：一工作以及煤矿

6、安全生产工作具有重要的现实意义和实用价0值。式中P为煤层中瓦斯压力的平方，MPa2；为煤层透气性系由于瓦斯在煤层中的流动是一个十分复杂的运移过程，数，A=K／(21~p0)，m2／(MPa2·d)；K为煤层渗透率，m2；为其运移程度主要取决于煤层介质孔隙的构造和瓦斯在煤层中瓦斯动力黏度，MPaP0为标准大气压力，MPa。的赋存状态HJ。煤层是一种由宏观裂隙和微观孔隙组成的多3)瓦斯气体状态方程。孔介质，因此可以把煤层瓦斯流动看做是气体在多孔介质中煤层瓦斯可以视为理想气体，因此有的流动。大量研究表明，在孔隙结构的微孔中，煤层瓦斯流动卫：月(3)

7、属于扩散运动，而在裂隙系统中多属于层流运动_2J。根据煤P式中P为煤层中瓦斯压力，MPa；R为煤层中瓦斯的气体常体中的孔隙分布和煤层中存在的裂隙系统，瓦斯在煤层中的数，R=518．2J／(kg·K)；T为煤层中瓦斯的绝对温度，T=273流动主要是扩散运动和层流渗透运动，前者基本符合ck扩+t。散定律，后者基本符合Darcy渗透定律。本文以达西定律、质量守恒定律和气体状态方程建立钻孔周围煤层瓦斯流动的数*收稿日期：加12—06—27作者简介：张学博，讲师，硕士，从事矿井通风理论技术、矿井瓦斯防治理论技术研究，zhxb@hpu．edu．cn。基金

8、项目：国家自然科学基金项目(51174079)；高等学校博士学科点博导类专项科研基金项目(29104116110001)；矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室开放基