斜交高位鉆孔采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律研究

喬飛云

(山西離柳焦煤集團有限公司，山西 呂梁市 033000)

0 前 言

煤礦瓦斯抽采方法非常多，主要有高位鉆孔、高位巷等方法。其中，高位鉆孔具有流量大、濃度高、操作簡單等優(yōu)點，目前已成為高瓦斯煤礦瓦斯治理的主要手段，是煤層開采前抽采瓦斯的有效手段之一。高位鉆孔抽采方法是在工作面的回風巷道向煤層頂板打鉆孔，依靠工作面回采過程中的采動應力和支承應力產生的裂隙作為瓦斯流通通道，采用負壓抽放，將大量瓦斯抽出，解決工作面瓦斯超限問題[1-4]。

本文采用FLUENT軟件對不同角度(25°，30°，35°，40°)下的高位鉆孔抽采效果進行數值模擬，并與實際抽采情況進行對比分析，確定最佳抽采方案。

1 工程概況

山西某礦S1202工作面主采3號煤層。工作面煤厚5.2 m，工作面走向1206.67 m，工作面傾向330.6 m，為近水平煤層，整個工作面采用U+L的通風方式。在S1202工作面開采前，進風巷總風量為3250 m3/min，其余兩條巷道進風量為1125 m3/min。

2 不同仰角瓦斯分布特征

2.1 走向方向瓦斯分布特征分析

分析不同仰角下瓦斯分布規(guī)律，對于指導瓦斯抽采具有重要意義，首先分析在走向方向上25 m時的瓦斯分布特征(見圖1)。

根據圖1不同角度下的瓦斯分布規(guī)律可知，瓦斯?jié)舛入S著角度的增大，變化率增大，具體見表1。

圖1 走向方向上Z=25 m時瓦斯分布特征

表1 Z=25 m時，工作面采空區(qū)瓦斯?jié)舛?/p>

2.2 豎直方向瓦斯分布特征

豎直方向上瓦斯分布規(guī)律對于地表瓦斯抽采具有重要意義，本次模擬采用Y軸上的截面進行研究，采取的高度為195 m，模擬的結果如圖2所示。

由圖2可知，大量瓦斯向抽采口流動，隨著模擬角度的不斷增大，現象越不明顯，同時發(fā)現隨著Z軸的數值越大，其瓦斯密度曲線越密集。

圖2豎直方向上195m處截面瓦斯分布特征

3 高位鉆孔瓦斯抽采綜合分析

為了達到最優(yōu)抽采效果，對瓦斯抽采中的各個抽采數據(瓦斯純量、瓦斯?jié)舛鹊葦祿?進行綜合分析，得出不同時期瓦斯抽采數據(見表2)。

表2 不同角度下瓦斯純量、瓦斯?jié)舛取⒒旌狭繑祿?/p>

由表2可知，當角度相同時，瓦斯純量、瓦斯?jié)舛?、混合量隨著距離的減少呈直線上升趨勢，當距離相同時，角度越大，抽出的瓦斯?jié)舛纫沧兇?，同時，隨著角度的增大，混合量減少[2-6]。

4 工作面高位鉆孔抽采時現場數據分析

S1202工作面的6個高位鉆孔抽采數據見圖3。

圖3 鉆孔日抽采純量變化情況

由圖3可知，S1202工作面的6個高位鉆孔，煤層在回采過程中，抽采純量隨著工作面的推進呈現增大—變小變化特征，其中7-2#抽采量最大，其最佳角度為仰角30°，夾角26°。同時對在仰角為30°，夾角為25°時上隅角瓦斯?jié)舛取⑽蚕锿咚節(jié)舛冗M行模擬研究并對現場實測數據進行對比分析，具體對比特征變化如表3所示。

表3 上隅角瓦斯?jié)舛?、尾巷瓦斯?jié)舛扰c實測對比

由表3可知，現場測試值與數值模擬值在數值上呈現出一致的趨勢，僅是尾巷瓦斯?jié)舛却嬖谝欢ǖ牟顒e，通過實測對比分析驗證了數值模擬結果的準確性。

5 結 論

(1) 瓦斯抽采數值模擬試驗發(fā)現，大量瓦斯向抽采口流動，隨著模擬角度的不斷增大，現象越不明顯，同時發(fā)現隨著Z軸的數值越大，其瓦斯密度曲線越密集。

(2) 當角度相同時，瓦斯純量、瓦斯?jié)舛?、混合量隨著距離的減少呈直線上升趨勢，當距離相同時，角度越大，抽出的瓦斯?jié)舛纫沧兇?，同時，隨著角度的增大，混合量減少。

(3) 鉆孔仰角為30°，夾角為26°時的抽采效果最佳?，F場測試值與數值模擬值在數值上呈現出一致的趨勢，僅是尾巷瓦斯?jié)舛却嬖谝欢ǖ牟顒e，通過實測對比分析驗證了數值模擬結果的準確性。