基于压降指标法测定抽采半径数值模拟研究

瓦斯压 力 即能 在误差 允许范 围 内反映瓦斯 含量 的大小 ， 并且 瓦斯压 力作 为 引起 瓦 斯动力 灾 害发 生的 重要 因素 ， 以其为确 定 瓦斯抽 放 效果 的指 标 ， 也能够 在一 定程度 上反 映抽采 对瓦 斯动力 灾害治 理的控 制性 强弱 。 因此 本文通 过先 关 计算， 推 到瓦斯 流 动气 固耦 合模 型 ， 用Ｆ Ｌ ＡＧ ３ Ｄ 数 值模 拟软 件 ， 对 于瓦 斯 抽采 过程 中瓦斯压力及含量的变化进行数值模拟， 得到瓦斯抽采的有效及影响半 径。 并通 过 现场 施 工测 试 的数据 对模 拟 结果 进行 验证 。 １羽定 原理 豆气 固 ■含 曩 曩奠 立
引 直 矿井 瓦斯 灾 害事故 频 发 ， 严 重 阻碍煤 炭行 业 的健 康发 展 。 治理 瓦斯 的根 本 理 念就 是减 少煤 层 中的瓦 斯含 量 ， 从而 降低 煤层 瓦斯 孔 隙压力 ， 避 免 瓦斯 动力 现 象 的发生 ， 并且 减少 正常 采掘 过程 中的 瓦斯解 吸量 及涌 出量 。 本煤层 瓦 斯抽
采是 目前降低煤层瓦斯含量最有效的手段之一。 然而， 确定合理的抽采半径不 仅 能够 达到 降低瓦 斯含量 的 目的 ， 并且能够 避免 重叠抽 放 ， 降 低抽 放成 本 ， 提高 抽 放 效率 。 根 据《 煤矿 安全 规程 》 的规 定 ， 预抽 煤层 瓦斯 后 ， 预 抽 率必 须达 到３ ０ ％以上 ， 即原 始煤 层 瓦斯 含量 必须 降低 ３ ０ ％才能算 达 到瓦斯 预 抽 的 目的 。 因此 ， 目前瓦 斯 抽 采后进 行抽放 效果检 验 时多采用 瓦斯含 量指 标。 但 是 目前煤层 瓦斯含 量测 定技 术存在着 诸多 问题 ， 取样 过程 中瓦斯 损失量 预测一 直采 用经验 公式进 行计 算， 但是 真实 的损 失量 随着取 样方 式 、 取样 时间 、 钻孔 温度 以及钻 孔扰动 等等 多 种 因素有 关 ， 造成 含量 测 定的误 差 ， 因此不 同的条 件 下测 的 同一 点 的瓦斯 含量
应 用 技术
Ｃ ｈｉ ｎ ａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｅ ｈ ｎ ｏｌ ｏ ｇｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
●Hale Waihona Puke 基 于 压 降 指 标 法 测 定 抽 采 半 径 数 值 模 拟 研 究
李腾飞 魏
（ 平煤 股 份 十三 矿 河南
峰
襄县 ４ ５ ２ ６ ７ ０ ）
［ 摘 要］ 为 了对潞 安 集 团常村 矿 ３ 号 煤层 本 煤层 抽 采有 效半 径 进行 测定 ， 本文 基 于煤 层瓦 斯 流动 气 固耦 合数 学 模型 ， 利用 Ｆ Ｌ ＡＣ ３ Ｄ 数值 模拟 软 件 ， 对 抽采 过 程 中的瓦 斯流 动状 况进行 模 拟 ， 采用瓦 斯压 降指标 法确 定 了该矿 的瓦 斯抽 采有 效半径 及 影响半 径 ， 并进 行 现场实 践压力 测 量 ， 现 场测量 数据 与模 拟数据 基本 一 致 。 模拟 结 果与 现场 结 果显 示 ： 在 抽 采３ Ｏ 天 左右 时 的有 效半 径 为ｒ ＜１ ． ２ ｍ， 影 响半 径 为 １ ． ２ ｍ ． ＜ｒ ＜１ ． ５ ｍ。 ［ 关键 词］ 压 降 指标 瓦斯 抽 采 有 效半 径 中图分陈 类 号 ： Ｔ Ｄ ７ １ ３ １ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ －９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ３ ４ － ０ ２ ４ ９ － ０ １
也不 尽 相 同。
限后产 生 的 塑性 流动 。 Ｆ Ｌ ＡＣ 还 可 以进 行力 、 热、 流两 相 或多 相耦 合 模拟 ， 可 以 用来解 决 采矿 中瓦斯 、 地 下水 渗 流等特 殊 问题 。 应 用Ｆ Ｌ ＡＣ ３ Ｄ ￣ 究流 一固两相 耦合 问题 时 ， 流动 建模 既可 以 由其 本身 完成 ， 也可 以 同力学建 模并行 完成 ， 以便 获得 流 一 固耦合 的效 果 。 ２ ． １ 几何模 型建 立及 相 关参数 确 定 （ １ ） 几 何模 型 的见 建 立 数 值模 型 以常村 矿试 验 区 噤层赋 存条 件为 基础 建立 ， 数值 模 型尺 寸尽 可 能按 照现 场实 际尺 寸确 定 ， 模型 中各 岩层 位置 关 系按实 际 地质条 件建 立 。 模 型 共划分 网格 单 ￣ ６ ４ ｏ ｏ ＋， 节 点２ ８ ２ ４ ５ 个。 水平 向右 为ｘ 轴方向， 沿 煤层 走 向为 Ｙ轴正方 向， 垂直 向上为ｚ 轴正方 向， 整个 模型 范 围大小 为２ ０ ｍ Ｘ ３ ＆ ｎ×１ ６ ｍ 模 型 中钻 孔直 径为 ９ ４ ａｍ。 ｒ （ ２ ） 物 理力 学 参 数
为 了对 压 降指标 法的上述 模拟 效果 进行验 证 ， 现选取 常村 矿＋ ４ ７ 水 平东 翼 输送机 大巷 机 头行 人通道 一 段没 有施 工过 预抽 瓦斯 措施 孔的 煤壁 作为 测 定 地点， 在 该位 置共 施工 了两个 测压 钻孔 ， 编号 为 １ ＃孔 和２ ＃孔 ， 两孔 沿 同一 水 平 线布置 ， 相距 ２ ． ７ ｍ， 孔深 均为２ ＆ ｎ， 封 孔深度均 为 １ ５ ｍ， 都是 先选 用 Ｏ６ ５ ｍｍ的风 钻 在煤 层 中钻￣： ２ ０ ｍ， 然 后再 用 ７ ５ ｍｍ的钻头 扩 孔ｌ ５ ｍ而成 。 在在１ ＃和２ ＃测 压 孔 一个 水 平 方 向布 置 三个 抽 放 孔 ， 三 个 抽 放 孔施 工 顺序 是 ： 先布 置 抽 放 孔 １ ＃， 并 进行 抽放 作 业 ， 作业 时 间是 ３ ０ 天， 观察 测压 孔 １ ＃、 ２ ＃压力 变化 然后 降 抽放孔１ ＃堵死 ， 进 行 施工 抽 放孔２ ＃、 ３ ＃， 同 时抽 放３ Ｏ 天， 观 察 测压 孔 ｌ ＃、 ２ ＃ 压 力 变化 。 ３ ２ 测试 结 果及分 析 （ １ ） Ｉ ＃号 孔 抽 采时 抽 采 时间为 三 十天左 右 。 可 以看 出 ， 在Ｉ ＃抽 采 孔抽 采负压 为 ８ ￣ ９ ｋ Ｐ ａ 、 抽 采 时 间为 ３ Ｏ ｄ 的条件下， １ ＃测 压 孔 的 瓦 斯压 力 由原 来 的 ０ ． ６ ０ ＭＰ ａ 下将 到 ０． ４ ５ ＭＰ ａ ， 下 降 了２ ５ ％ｌ 而２ ＃测 压 孔 的 瓦斯 压 力 由原 来 的０ ． ５ ０ ＭＰａ 下 降到 ０ ． ４ ５ ＭＰ ａ ， 仅下 降 了１ ０ ％。 １ ＃测压 孔瓦斯 压力 下降 了２ ５ ％， 大 于１ ９ ％， 说 明有效抽 采 半径 ｒ ＜１ ． ２ ｍ。 而２ ＃测压 孔 瓦斯 压力 下 降 了１ ０ ％， 小于 １ ９ ％ 说 明抽 采 影响 半径
１ ． １压 降法 测定 原理
试验 区３ ＃煤层厚度５ ． ７ ７ ． ３ 米， 平均６ ． １ ３ 米， 含夹矸ｌ 层， 平均厚度为０ ． １ ５ 米。 煤 层结 构为 ４ ． ３ ６ （ ０ ． １ ５ ） １ ． ６ ２ 。 煤层 直 接顶为 细 砂岩 ， 平 均厚 度为 ２ ． ８ ｍ， 老 顶 为 粉砂 岩 ， 平 均厚度 为 ３ ． ６ ３ ｍ， 直 接底 为粉 砂岩 ， 平 均厚 度为 １ ． ７ ｍ， 老 底为 细 砂 岩， 平 均厚 度 为 ３ ． ２ ｍ。 ３现 场验 证 ３ ． １ 方案 设计