新安矿顺层抽采钻孔不同深度处负压分布情况研究.pdf

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1、2013年第5期煤炭工程doi：10．11799／ce2013O5034新安矿顺层抽采钻孔不同深度处负压分布情况研究李书文(河南大有能源股份有限公司新安煤矿，河南洛阳471842)摘要：在顺煤层抽采钻孔中，钻孔瓦斯抽采流量同钻孔内部抽采负压大小紧密相关，而钻孔内部不同深度处负压分布情况又因钻孔阻力及压差损耗而有所不同。为明确钻孔内部负压分布与钻孔深度的关系，从而有效指导顺层抽采钻孔的钻进深度，文章从流体力学及动能守恒定律方面对抽采钻孔内瓦斯运移所消耗的压差能进行讨论，从而得出了抽采钻孔内部负压分布情况同钻孔长度关系不大的结论，

2、并给出了一定条件下顺层抽采钻孔的合理钻进深度，对煤矿瓦斯抽采钻孔深度的设计具有一定的指导意义。关键词：抽采钻孔；钻孔深度；负压分布中图分类号：TD712．61文献标识码：A文章编号：1671—0959(2013)05-0103-03煤层内瓦斯流动所需要的动能来源主要依赖于煤层内所示。部的压差能，同样抽采钻孔内部瓦斯流动所需要的动能也是由钻孔内存有的压差能来提供的。当钻孔内部瓦斯由孔内流向抽采管路时，则需克服由于瓦斯的粘滞性和惯性以及钻孔壁面等对瓦斯流动的阻滞、扰动等作用而产生的阻力，这就使得钻孔不同深度处的抽采负压也不尽相同。

3、在对顺层抽采钻孔负压分布情况进行讨论前，需先对l—球向流线；2—径向流线瓦斯流动情况做以下假设：①假定煤层内瓦斯解吸是在瞬图I本煤层抽采钻孔内瓦斯流动状态分析间完成的；②瓦斯在进行解吸并进入钻孔内所消耗的动能由煤层原有瓦斯压力差提供；③钻孔孑L壁处瓦斯流动速度当钻孔处于抽采状态时，煤层内解吸出的瓦斯流动方为零(即钻孔内瓦斯局部阻力可忽略不计)；④抽采管道内向将统一沿压差方向流动，此时所产生的压差能损耗即为气体内不含杂质颗粒等，主要成分为甲烷和水蒸气。局部阻力损耗。根据本文所做的第三条假设“瓦斯刚由煤为明确钻孔深度与抽采负压分布

4、的关系，从而合理的层解吸出时的初速度为零”，可知在该条件下，钻孔内瓦斯制定抽采负压及钻孔设计深度，本文主要就抽采钻孑L瓦斯流动所产生的局部阻力为零。下面主要就抽采钻孔内瓦斯流动压能损耗及气体流动动压损失进行讨论。流动产生的沿程阻力所消耗的压差能进行简要讨论。1．1抽采钻孔内瓦斯流动状态分析1抽采钻孔内瓦斯流动压差能损耗分析在负压抽采状态下，瓦斯沿程流动所消耗的压差能主抽采钻孔内瓦斯流动压差能损耗主要用于两个方面：要用于克服钻孔沿程阻力，称为摩擦阻力损失。根据流体一方面主要用来克服瓦斯刚由煤层解吸出来后改变流动方n流动状态判别准

5、数无因次雷诺数计算公式Re=可对抽向所产生的局部阻力；另一方面主要用于瓦斯在钻孔内流盯av动时，因钻孔孔壁摩擦等原因所产生的沿程阻力。采钻孔内瓦斯流动状态进行判定。本煤层抽采钻孔煤层内瓦斯流动状态按切向和径向流新安矿本煤层抽采钻孔常用0994mm的钻头钻进，成孔动分析，可分为切向流动和径向流动两部分。其中封孔段孔径为100mm左右，初期单孑L瓦斯最大流量为0．015m／s，口处及钻孔内部末端呈现切向流动状态，中间段主要以径末期最小流量为0．0005m／s。通过计算可知抽采初期雷诺向流动为主。本煤层抽采钻孔内瓦斯流动状态示意图如

6、图1数为12738，流动状态属紊流；末期雷诺数为425，流动状收稿日期：2012—09—14作者简介：李书文(1970一)，男，河南三门人，工程师，1993年毕业于焦作矿院采矿专业，现任河南大有能源股份有限公司新安煤矿总工程师，从事煤矿安全生产工作。103煤炭工程2013年第5期态属层流。E=P。X×0．5(3)1．2瓦斯流动摩擦阻力分析式中，E为孔口内点处单位体积流动瓦斯所具有的根据流体力学可知，无论风流的流动状态如何，摩擦阻动压，Pa；P为i点处空气密度，kg／m；为i点处气力均可用风流压能损失来进行计算，计算公式见式(1

7、)：流速，m／s。I，2由式(3)可知，某一时刻捕采钻孑L内全部流动瓦斯所具=A亏P等(1)有的动压表达公式为：式中，，为摩擦阻力损失，Pa；A为无因次系数(沿程广fE=fP×XS×0．5dl(4)阻力系数)，当气体流动状态为层流时，A=64~Re，当气体J0流动状态为紊流时⋯，可根据有关紊流状态下沿程阻力系式中，为某一时刻抽采钻孔内全部流动瓦斯所具有的动压，Pa；S为i点处钻孔面积，in。数的粗糙区尼古拉兹粗糙管表达公式÷=2lg计算]。2．2瓦斯流动动压损耗计算常用工业管道当量粗糙度见表1，由表1可知，混凝土在抽采钻孑L中

8、，由于钻孔内各点处压力、温度和湿度管k为0．3—3．0，取煤层钻孑L内k相似值为3。都相差不大，故对各点处的气体密度影响不大。为简化计表1常用工业管道的当量粗糙度算，可假设钻孔内各点处瓦斯流速均保持一致，其值取钻管道材料／mm管道材料／mm孔内全程流速中的最大值，即将孔口处所