羽状钻孔预抽矿井瓦斯影响因素分析.pdfVIP

2010年第 5期 西部探矿工程 127 羽状钻孔预抽矿井瓦斯影响因素分析 郝长胜，王洪胜 (内蒙古科技大学实践训练中心，内蒙古包头014010) 摘 要：瓦斯抽放5-艺参数的合理选择直接关系瓦斯抽放效果，是高瓦斯矿井安全生产的重要保证。 通过对瓦斯从煤层中产出过程的机理分析，建立了瓦斯抽放的数学及数值模型，以VB6．0为平台编 写模拟程序，模拟了矿井瓦斯羽状钻孔预抽过程。在验证模拟结果可靠的基础上，利用模拟程序对羽 状钻孔预抽矿井瓦斯影响因素进行分析，这为进一步研究不同地质条件下的瓦斯抽放工艺优化奠定 了基础 。 关键词：数值模拟 ；瓦斯预抽；因素分析 中图分类号：TD823．82 文献标识码 ：A 文章编号：1O04—5716(201O)O5—0127一O4 预抽矿井瓦斯即为抽放未卸压瓦斯。对于 1个采 相存在的瓦斯气体开始流动，则煤层裂缝中开始逐渐出 煤工作面的瓦斯涌出量大于5m。／min或 1个掘进工作 现气、水两相渗流，瓦斯开始产出。 面的瓦斯涌出量大于 3m3／min的高瓦斯矿井，必须建 2 模型的建立与模拟验证 立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统，而 2．1 模型的建立 预抽煤层瓦斯是 目前应用较广泛的方法之一。但是，对 根据瓦斯在煤体中的赋存状态和运移规律，利用 于不同地域甚至同一煤 田不同埋深的煤层瓦斯的抽放 Fick第一定律、Fick第二定律、达西定律，含气量与压 效果都不尽相同，由于瓦斯抽放工程具有不可重复性的 力关系方程 (Langmuir方程)等相关知识结合煤层瓦斯 特点，决定了瓦斯抽放方法及工艺参数选择的重要性， 赋存的具体特点，建立了瓦斯抽放的数学模型，根据顺 因此，了解各地质因素、煤层物理性质及瓦斯运移规律 层羽状长钻孔预抽瓦斯的几何模型及布孔方式 (如图1 等对抽放的影响是至关重要的。目前，数值模拟方法因 所示)和已建立的数学模型，以瓦斯抽放压力为内边界 其符合安全、经济和环保的原则而非常适合对这类问题 条件，封闭煤层为外边界条件，采用有限差分方法，以主 的研究，下面针对矿井瓦斯预抽过程各因素对抽放结果 钻孔出气端为坐标原点，利用三维直角坐标块网格 内物 的影响情况进行数值模拟研究。 质守恒原理对数学模型进行差分离散。 1 瓦斯产出过程的机理分析 瓦斯在煤体中主要以吸附状态存在(含有少量游离 瓦斯)。它按基质解吸、扩散到裂缝中及在裂缝中渗流 的顺序产出，大体可分为3个过程： (1)产出单相水，由于水的流出，煤体中瓦斯压力下 降，当达到临界解吸压力时，瓦斯开始从煤质表面和煤 体微孔隙表面解吸出来。 (2)解吸出来的瓦斯扩散到割理裂缝中形成气泡， 降低了水的相对渗透率。由于气相饱和度太小，气相渗 图1 顺层羽状长钻孔预抽瓦斯的布孔方式 透率远低于可流动的渗透率，使气泡处于孤立状态，不 能形成气流。 如图2所示，三维直角坐标块网格中，以主钻孔出 (3)随着瓦斯相对渗透率的逐渐增大，作为单独一 气端为坐标原点，抽放钻孔位于XY平面上，取煤层厚 128 西部探矿工程 2010年第 5期 度方向为Z方向，向下为正，X、Y方向如图2。 k分 拟合后如图3所示。 别表示X、Y、Z方向上网格编号，顺序为 X是由左到 将4213巷煤层各主要参数(裂缝孔隙度、绝对渗透 右，Y是由里到外，Z是由上到下，并规定重力方向向 率