順層鉆孔有效抽放半徑影響因素的數(shù)值分析.pdf

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1、第13卷第2期安全與環(huán)境學(xué)報(bào)Vo1．13No．22013年4月JournalofSafetyandEnvironmentApr．，2013文章編號(hào)：10096o94(2913)02—0157-04學(xué)模型，對(duì)鉆孔周圍煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究。順層鉆孔有效抽放半徑影響1鉆孔周圍瓦斯流動(dòng)模型的建立因素的數(shù)值分析1．1物理模型的建立本文以某礦井現(xiàn)場所采用的一組順層瓦斯抽放鉆孔的基張學(xué)博-一，姬忠超，高建良，本參數(shù)為依據(jù)，選取鉆孔孑L徑0．075m，封孔長度l0m，鉆孔總(1河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作454003；長度80m。所采用的鉆孔

2、瓦斯抽放模型見圖1。2河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一省部共建國家重點(diǎn)1．2鉆孔周圍瓦斯流動(dòng)方程實(shí)驗(yàn)室培育基地，河南焦作454003)在礦井中的實(shí)際條件下，由于在形成過程中受到各種因素的影響，煤層具有非均勻性，但是在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)，除摘要：鉆孔有效抽放半徑是礦井瓦斯抽放措施中的一個(gè)重要參數(shù)，斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶外，宏觀上，煤層可以看做是均勻的，煤層直接關(guān)系到抽放鉆孔的設(shè)計(jì)、布置和抽放時(shí)間的長短。以瓦斯在煤層內(nèi)的瓦斯壓力也可以看做是均勻分布的[引。為了簡化問題，中的流動(dòng)規(guī)律為基礎(chǔ)，運(yùn)用達(dá)西定律、質(zhì)量守恒定律和氣體狀態(tài)方程突出研究重點(diǎn)，對(duì)鉆孔周

3、圍瓦斯流動(dòng)數(shù)學(xué)模型作以下假設(shè)：建立了描述鉆孔周圍煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，利用有限差分法1))鉆孔周圍煤層原始瓦斯壓力均勻分布；對(duì)其進(jìn)行解算，分析煤層瓦斯壓力、煤層滲透性、抽放時(shí)間等參數(shù)對(duì)鉆2)瓦斯在煤層中的流動(dòng)過程為等溫過程，遵循Darey滲孔有效抽放半徑的影響，得出了鉆孔在不同抽放時(shí)間下的有效抽放半透定律；徑。結(jié)果表明：煤層原始瓦斯壓力和煤層滲透率對(duì)鉆孔有效抽放半3)瓦斯氣體被視為理想氣體，服從理想氣體狀態(tài)方程；徑影響較大；鉆孔的有效抽放半徑隨著抽放時(shí)間的延長不斷增大；鉆孔的有效抽放半徑主要取決于抽放時(shí)間和煤層的賦存條件。數(shù)值模4)煤層

4、頂?shù)装逋笟庑詷O低，頂?shù)装灞灰暈椴煌笟馇也缓瑪M方法相對(duì)于傳統(tǒng)方法更簡便快捷。瓦斯；關(guān)鍵詞：安全工程；鉆孔；有效抽放半徑；瓦斯抽放5)煤層吸附瓦斯含量符合朗格繆爾方程，瓦斯脫附在瞬中圖分類號(hào)：X936文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A間完成。DOI：10．3969／j．issn．1009—6094．2013．02．033根據(jù)以上假設(shè)，瓦斯在煤層中的流動(dòng)應(yīng)遵循以下方程。1)鉆孔周圍煤層瓦斯流動(dòng)的連續(xù)性方程。0引言根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dr時(shí)間內(nèi)，控制體流體流人流出目前，預(yù)抽煤層瓦斯是突出礦井最常用的防突措施，在突的質(zhì)量差等于控制體總的質(zhì)量變化，即出礦井消除工作面突出方面

5、起著至關(guān)重要的作用。鉆孔的有+div()：0(1)效抽放半徑是該措施的一個(gè)重要參數(shù)，直接關(guān)系到預(yù)抽鉆孔的設(shè)計(jì)、布置和預(yù)抽時(shí)間的長短，影響瓦斯抽放的效果。如果式中．D為瓦斯壓力為P時(shí)密度，kg／m3；為煤層瓦斯流動(dòng)速鉆孔布置的間距過大，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可能存在抽放空白帶，不度，m3／(m2·S)；n為孔隙率。能取得良好的消突效果，會(huì)給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅；如果鉆2)煤層瓦斯的運(yùn)動(dòng)方程?？撞贾眠^密，則增加了不必要的工程量，浪費(fèi)人力、財(cái)力和物瓦斯在煤層中的流動(dòng)符合達(dá)西定律，即力。因此，準(zhǔn)確取得鉆孔的有效抽放半徑對(duì)礦井的瓦斯抽放Pd(2)：一工作以及煤礦

6、安全生產(chǎn)工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)0值。式中P為煤層中瓦斯壓力的平方，MPa2；為煤層透氣性系由于瓦斯在煤層中的流動(dòng)是一個(gè)十分復(fù)雜的運(yùn)移過程，數(shù)，A=K／(21~p0)，m2／(MPa2·d)；K為煤層滲透率，m2；為其運(yùn)移程度主要取決于煤層介質(zhì)孔隙的構(gòu)造和瓦斯在煤層中瓦斯動(dòng)力黏度，MPaP0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，MPa。的賦存狀態(tài)HJ。煤層是一種由宏觀裂隙和微觀孔隙組成的多3)瓦斯氣體狀態(tài)方程。孔介質(zhì)，因此可以把煤層瓦斯流動(dòng)看做是氣體在多孔介質(zhì)中煤層瓦斯可以視為理想氣體，因此有的流動(dòng)。大量研究表明，在孔隙結(jié)構(gòu)的微孔中，煤層瓦斯流動(dòng)衛(wèi)：月(3)

7、屬于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而在裂隙系統(tǒng)中多屬于層流運(yùn)動(dòng)_2J。根據(jù)煤P式中P為煤層中瓦斯壓力，MPa；R為煤層中瓦斯的氣體常體中的孔隙分布和煤層中存在的裂隙系統(tǒng)，瓦斯在煤層中的數(shù)，R=518．2J／(kg·K)；T為煤層中瓦斯的絕對(duì)溫度，T=273流動(dòng)主要是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和層流滲透運(yùn)動(dòng)，前者基本符合ck擴(kuò)+t。散定律，后者基本符合Darcy滲透定律。本文以達(dá)西定律、質(zhì)量守恒定律和氣體狀態(tài)方程建立鉆孔周圍煤層瓦斯流動(dòng)的數(shù)*收稿日期：加12—06—27作者簡介：張學(xué)博，講師，碩士，從事礦井通風(fēng)理論技術(shù)、礦井瓦斯防治理論技術(shù)研究，zhxb@hpu．edu．cn?；?/p>

8、項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51174079)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)博導(dǎo)類專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(29104116110001)；礦山熱動(dòng)力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基