高位鉆孔瓦斯抽放影響參數(shù)研究

摘 要：以張集礦1211工作面為背景，分析了不同鉆孔間距、抽放負(fù)壓、鉆孔直徑、以及不同抽放時(shí)間下瓦斯流場(chǎng)的分布，得到了高位鉆孔瓦斯抽放的主要參數(shù)對(duì)瓦斯抽放效率的影響規(guī)律，并根據(jù)其結(jié)果設(shè)計(jì)了高位鉆孔鉆場(chǎng)。計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)鉆孔間距從1 m減小到0.5 m時(shí)，抽放率明顯增加；當(dāng)抽放負(fù)壓降到一定值時(shí)，對(duì)抽放率影響不大，應(yīng)取20～30kPa比較合理；鉆孔直徑越大，瓦斯抽放率越高。

關(guān)鍵詞：高位鉆孔 抽放率 鉆孔間距 鉆孔直徑

中圖分類號(hào)：TD7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（a）-0071-01

瓦斯是煤礦井下發(fā)生爆炸的根源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅1983-1994年間，我國(guó)就發(fā)生瓦斯事故675起，死亡4571人，直接經(jīng)濟(jì)損失150億元。近年來(lái)，因瓦斯事故造成生命與財(cái)產(chǎn)安全損失更為嚴(yán)重[1]。瓦斯事故死亡事故中的死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的比重基本在80%以上[2]。 瓦斯的主要成分是甲烷，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的20多倍，因此大量瓦斯氣體釋放到大氣中，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)害。隨著開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大，以及新技術(shù)的應(yīng)用，煤礦事故中煤與瓦斯突出事故日趨嚴(yán)重[3]。瓦斯抽放是防治煤礦瓦斯災(zāi)害事故的根本措施，有效地提高瓦斯抽放濃度和抽放量，能夠減少煤礦安全事故，將其變害為寶，具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)境意義。

1 高位鉆孔抽放參數(shù)分析

高位鉆孔抽放是采空區(qū)瓦斯抽放常用的方法之一，其抽放效果與抽放參數(shù)的選取直接相關(guān)，因此要提高瓦斯抽放率和瓦斯抽放濃度，必須選取合理的參數(shù)。1211工作面可采儲(chǔ)量181萬(wàn) t，設(shè)計(jì)日產(chǎn)量7325 t，綜采工作面相對(duì)瓦斯涌出量預(yù)計(jì)為：6 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量：30 m3/min，為低透氣性煤層。本文以張集礦1211 工作面為背景，利用FLUENT軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，確定采空區(qū)上覆巖層的三帶位置，將鉆孔布置在頂板裂隙帶。根據(jù)高位鉆孔抽放瓦斯模型，利用MATLAB軟件，模擬瓦斯流場(chǎng)的二維等值線圖，從而確定鉆孔抽放參數(shù)。

1.1 鉆孔間距

為了確定合理的鉆孔間距，分別對(duì)0.5 m和1 m的鉆孔間距進(jìn)行了瓦斯流場(chǎng)與抽放率的模擬分析，如圖1、2和3所示。從圖中可以看出，鉆孔直徑為75 mm、抽放時(shí)間為1天時(shí)，鉆孔間距為0.5 m比1 m的瓦斯流場(chǎng)變化幅度明顯增大；抽放率的變化更為明顯，鉆孔間距為0.5 m比1 m的抽放率大了兩倍以上，并且有隨時(shí)間增加的趨勢(shì)。因此，鉆孔間距取0.5 m較合適。

1.2 抽放負(fù)壓

在分別為不同抽放負(fù)壓下的瓦斯流場(chǎng)圖。從中可以看出抽放負(fù)壓為0 MPa時(shí)比抽放負(fù)壓為0.05 MPa時(shí)的瓦斯流場(chǎng)的變化幅度反而小，抽放率也較抽放負(fù)壓為0.05 MPa時(shí)小，其原因可能是瓦斯供給源貧乏及鉆孔漏氣嚴(yán)重，這時(shí)就需要調(diào)整抽放負(fù)壓。

提高抽放負(fù)壓，對(duì)煤（巖）層中瓦斯壓力差的增大是有限的，因?yàn)槠錁O限值只能達(dá)到0.1 MPa，且由于受管路及鉆孔密封性的影響，提高抽放負(fù)壓會(huì)增加巷道空氣量的漏入，影響抽放效果；同時(shí)提高負(fù)壓對(duì)抽放設(shè)備的要求也有所提高，因而受到一定的限制。在不同負(fù)壓下抽放率比較，可以看出，一定范圍內(nèi)，不同抽放負(fù)壓對(duì)瓦斯抽放率影響不大。因此，抽放時(shí)要保證有一定的負(fù)壓，同時(shí)不能太大，在0～0.05 MPa之間較合適，在高位鉆孔抽放中，可取20～30 kPa。

1.3 抽放鉆孔直徑

在出了抽放負(fù)壓為0.05 MPa，抽放時(shí)間為120 d時(shí)，不同鉆孔直徑下瓦斯抽放率隨時(shí)間變化曲線。由圖可知，在時(shí)間相同時(shí)，直徑越大抽放率越高，但其增長(zhǎng)的幅度遠(yuǎn)比直徑增長(zhǎng)的幅度小。鉆孔直徑的大小對(duì)抽放效果的影響主要表現(xiàn)在瓦斯沿鉆孔流動(dòng)的阻力有所不同，且相差不大，但是增大鉆孔直徑則施工難度將增大，且費(fèi)用提高。在鉆孔抽放中，現(xiàn)場(chǎng)一般取75 mm，在條件許可情況下盡可能采用大直徑孔，以提高瓦斯抽放率。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)數(shù)值分析得到了高位鉆孔時(shí)鉆孔間距、抽放負(fù)壓以及鉆孔直徑對(duì)瓦斯抽放率的影響規(guī)律。結(jié)果表明鉆孔間距從1 m減小到0.5 m，可以明顯提高瓦斯抽放率；抽放負(fù)壓對(duì)瓦斯抽放率影響與負(fù)壓范圍有關(guān)，當(dāng)抽放負(fù)壓到達(dá)一定范圍時(shí)，對(duì)抽放率的影響不明顯；增大鉆孔直徑對(duì)提高抽放率有一定影響，但抽放率的增大幅度遠(yuǎn)小于鉆孔直徑增大幅度。該分析結(jié)果為高位鉆孔抽放瓦斯參數(shù)的選取提供了理論指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]梁冰，孫可明.低滲透煤層氣開(kāi)采理論及其應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2006.

[2]馬丕梁，范啟煒.我國(guó)抽放瓦斯現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)煤炭，2004，30（2）：5-8.

[3]殷文韜，傅貴.我國(guó)近年煤與瓦斯突出事故統(tǒng)計(jì)分析及防治策略[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2012，36（6）：90-92.