高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计_刘桂丽.pdf

《高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计_刘桂丽.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2012.04.019第32卷第4期西安科技大学学报Vol．32No.42012年07月JOURNALOFXI’ANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYJul.2012文章编号:1672－9315(2012)04－0450－09*高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计1，221刘桂丽，杨跃奎，撒占友(1．青岛理工大学汽车与交通学院，山东青岛266520;2．中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，江苏徐州221008)摘要:基于采空区覆岩裂隙分布规律、覆岩裂隙瓦斯流动规律和高位钻孔抽采技术研究现状，从覆岩“竖三

2、带”、“O”形圈和U型通风条件下采动裂隙瓦斯流动规律出发，找出高位钻孔的理论合理布置区域，指出工作面后方50m范围内覆岩裂隙发育状况是高位钻孔层位设计的关键，针对祁南煤矿32煤层的特点，结合现场采用数值模拟方法模拟不同开采速度条件下覆岩裂隙发育规律，优化设计高位钻孔的抽采参数，在34下2工作面和3410工作面的现场试验中，高位钻孔抽采浓度和抽采率得到大大提高，取得了较好的抽采效果，验证了研究的正确性。关键词:高位钻孔;U型通风;“O”形圈;抽采参数;数值模拟中图分类号:TD315．3文献标志码:A0引言随着我国煤炭需求量的增长，高产高效工作面成为一种趋势，伴随的工作面上隅角瓦斯隐患问题不

3、断增加。顶板走向高位钻孔(简称为高位钻孔)因其工艺简单、抽采范围广、抽采纯量大、不受瓦斯压力及［1］煤层透气性大小影响，已经成为防止工作面上隅角瓦斯超限，最有效、最常用的采空区瓦斯治理技术。采动裂隙瓦斯流动规律对合理确定高位钻孔抽采区域具有非常重要的作用，文章以徐州祁南煤矿32煤层34下2工作面为研究背景，分析采空区上覆岩层裂隙发育，借助影响高位钻孔抽采效果的因素，分析采空区上覆岩层的裂隙发育规律和采动裂隙场的瓦斯流动规律，确定采空区对工作面上隅角瓦斯超限影响较大的区域，得出高位钻孔最佳抽采区域，为高位钻孔抽采参数优化提供理论基础。采用UDEC3．10数值模拟软件，模拟不同开采速度条件下

4、(推进速度分别为2m/d和5m/d)，工作面后方50m处裂隙发育情况。并按照工作面推进速度为5m/d的数值模拟结果，为祁南矿32煤层34下2采区工作面的高位钻孔参数进行了优化设计。1采空区上覆岩层裂隙发育及瓦斯流动规律1)高位钻孔抽采效果受到煤层顶板岩层性、高位钻孔布置层位、回采工作面推进速度、高位钻孔压茬［2］距离、通风负压及抽采负压和钻孔施工及封孔质量等因素的影响。高位钻孔的抽采在垂向上和走向上存在着理论的界限，在垂向上高位钻孔应布置在冒落拱的上部和裂隙带的下部，在走向上高位钻孔在工作面后方几十米范围内抽采能有效解决工作面上隅角瓦斯超限，因此，工作面后方几十米范围内的覆岩裂隙分布特征

5、是设计高位钻孔层位的关键。2)上覆岩层的断裂及其压实过程都是时间过程，工作面开采速度较快，在工作面与冒落拱之间的上覆岩层受开采影响的时间较短，在垂向以及走向上，岩层的移动量较小，裂隙发育程度低。这对于煤层开采速度较快的情况下，高位钻孔的终孔层位应降低提供了理论基础。3)由于“竖三带”裂隙发育程度不同，瓦斯的聚集程度不同，裂隙带的下部成为瓦斯气体的大量聚集*收稿日期:2012－02－27基金项目:国家自然科学基金项目(50574050)通讯作者:刘桂丽(1976－)，女，山东安丘人，博士，讲师，主要从事防灾减灾及防护工程的研究工作．第4期刘桂丽等:高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计451区。因此

6、，合理的高位钻孔布置应在裂隙带的下部和冒落拱的上部。4)根据采动裂隙“O”形圈分布特征以及U型通风条件下顶板裂隙瓦斯流动规律可知，工作面与采空区压实区是高位钻孔重点抽采的区域，这个区域的上覆岩层的裂隙发育情也直接影响高位钻孔的设计。5)根据达西定律和气体状态方程建立高位钻孔的单孔瓦斯渗流动力模型，由该模型可得出，高位钻孔的抽采量与渗透率、抽采负压和钻孔直径有关，裂隙带的下部区域是裂隙发育区域渗透率较大，高位钻孔布置在这个层位能够提高抽采效果，高位钻孔在单位时间内瓦斯抽采量随抽采负压和高位钻孔直径的［3］增加而增大，在经济、设备允许及煤层自燃条件允许的条件下，应尽量提高高位钻孔直径和抽采负

7、压。2采空区上覆岩层裂隙发育数值模拟试验以祁南煤矿34下2工作面为背景，采用UDEC数值模拟软件对工作面在2m/d和5m/d推进速度下的采空区顶板覆岩裂隙发育规律进行了模拟。模拟结果显示。1)在工作面2m/d开采条件下，工作面老顶初次垮落步距为30m左右，周期来压步距为15m左右;工作面在推进100m时，上覆岩层的导水裂隙带高度和冒落带达到稳定，其上边界分别为距32煤层顶板64m和距32煤层顶板18m;上覆岩层在开切眼侧的破断角为5