本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟_王宏图

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收稿日期：２０１０１２２０－－）；；基金项目：国家自然科学基金资助项目（国家自然科学创新群体基金资助项目（房屋管理局技术５０７７４１０６５０９２１０６３））；）；）计划项目资助项目（重庆市国土房管局科技计划资助项目（川煤集团科技项目（２００９１２００９０１２００９０８－－－，作者简介：王宏图（男，重庆大学教授，博士生导师，主要从事矿山安全和煤层气理论及其工程应用领域的研究，１９６０－）（）。Ｅ－ｍａｉｌｈｔｗａｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ＠ｃｇｑ
本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟
，，，ａｂａｂｂ，３ａｂ，，，王宏图１江记记１王再清２，胡国忠１袁志刚１
（复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室；１．重庆大学ａ．西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆４ｂ．０００４４，）重庆地质矿产研究院，重庆４中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州２２．０００４２３．２１１１６
ຫໍສະໝຸດ Baidu
摘要：针对本煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题，通过建立钻孔抽采瓦斯的渗流场控制方程和煤层变形场控制方程，结合钻孔抽采瓦斯的初始及边界条件，推导出钻孔抽采瓦斯渗流的固气耦合数学模型。以石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔瓦斯抽采为工程实例，基于研究区域的煤层瓦斯赋存特征，采用数值模拟计算方法，获得了本煤层单一顺层钻孔周围煤层瓦斯压力、煤层瓦斯渗透率、煤层瓦斯渗流速度和煤层变形的分布规律。确定了本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效影响半从而为本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的优化布置提供了依据。研究结果表明，石壕煤矿本煤层径，在延长钻孔抽放时间不到２减少单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径分别为４ｍ左右；０％的情况下，了钻孔工程量５抽采效果良好。０％左右，关键词：采矿工程；瓦斯抽采；渗流场ＴＤ７１２中图分类号：文献标志码：Ａ
等：本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟第４期王宏图，
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ｖｉｄｅｓｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｏｔｉｍｕｍａｒｒａｎｅｍｅｎｔｏｆａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｄｒｉｌｌｉｎｏｆｓｉｎｌｅｂｅｄｄｉｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｐｇｇｇｇｇ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒａｄｉｕｓｏｆｓｔｏｎｅｃｏａｌｉｓａｂｏｕｔ４ｍ．Ｉｆｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｄｒａｉｎａｅｔｉｍｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ２０％ｔｈｅｒｏｌｏｎｉｎｇｇｐｇｇｄｒｉｌｌｉｎｕａｎｔｉｔｉｅｓｗｏｕｌｄｒｅｄｕｃｅｂａｂｏｕｔ５０％．ｇｑｙ：ｍ；；Ｋｅｗｏｒｄｓｉｎｉｎｅｎｉｎｅｅｒｉｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｓｅｅａｅｆｉｅｌｄａｓｇｇｇｐｇｇｙ煤层的瓦斯含量、瓦随着煤矿开采深度的增加，斯压力逐渐增大，工作面发生煤与瓦斯突出的危险
１－６］。保护层开采和煤层瓦斯预抽作性也日渐俱增［
２．１．２钻孔抽采瓦斯的连续性方程由于多孔介质的气体渗流符合质量守恒定律，用无穷小量分析法可推导出钻孔抽采条件下单位体
４］积煤体的瓦斯渗流连续性方程为［
为突出煤层的强制性区域防突措施在我国已得到广泛的应用。由于我国煤层的低渗透性、地面地形条件复杂，尤其是西南地区无保护层可采的单一煤层，井下钻孔抽采成为防治瓦斯突出的主要技术措施，因此，研究本煤层瓦斯抽采钻孔的煤层瓦斯渗流规律，合理优化布置瓦斯抽采钻孔，对于有效进行煤层保证区域性防突措施的实施效果具有重瓦斯预抽、要意义。瓦斯抽采过程中瓦斯的渗流和煤体变形变化非常复杂，是一个瓦斯渗流和煤层变形之间相互耦合在瓦斯抽抽采方面进行了的复杂过程。文献［１－３］试验和数值模拟研究。本文以石壕煤矿为工程实例，建立考虑煤层瓦斯吸附、解吸、扩散的渗流应力耦合的耦合模型，研究本煤层瓦斯抽采钻孔的渗流场分布规律，为瓦斯抽采钻孔的合理优化布置提供理论依据。
ａｓＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｅｅａｅｆｉｅｌｄｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｇｐｇｄｒｉｌｌｉｎｏｆｓｉｎｌｅｂｅｄｄｉｎｏｆｍｉｎｉｎｃｏａｌｂｅｄ－ｇｇｇｇ
１ａｂ１ａｂ２１ｂ３１ａｂ，，ＪＩＡＮＧＪｉｉＷＡＮＧＨｏｎｔｕＷＡＮＧＺａｉｉｎＨＵＧｕｏ－ｚｈｏｎＹＵＡＮＺｈｉａｎ－－ｊｇｑｇ，ｇ，ｇｇ，，，，
（１．ａ．ＳｔａｔｅａｎｄＬｏｃａｌＪｏｉｎｔＥｎｉｎｅｅｒｉｎｌａｂｏｒａｔｏｒｏｆＭｅｔｈａｎｅＤｒａｉｎａｅｉｎＣｏｍｌｅｘＣｏａｌＧａｓＳｅａｍ；ｇｇｙｇｐｂ．ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｆｏｒＥｘｌｏｉｔａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａＳｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎＲｅｓｏｕｒｃｅｓ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＤｉｓａｓｔｅｒｙｙｐ，Ｍ，，；ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｉｎｉｓｔｒｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＣｈｏｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔＣｈｏｎｉｎ４０００４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａｇｇｙｇｑｇｙｇｑｇ，；２．ＣｈｏｎｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＣｈｏｎｉｎ４０００４２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａｇｑｇｇｙｇｑｇ，，）３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｉｎｅｓＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＭｉｎｉｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏＸｕｚｈｏｕ２２１１１６，Ｊｉａｎｓｕ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａｙｇｇｙｇ：Ａ，ｒｏｂｌｅｍａｓＡｂｓｔｒａｃｔｉｍｉｎａｔｔｈｅｏｆｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｅｃｏｒａｔｅｏｆｃｏａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｄｒｉｌｌｉｎｃｏｍｂｉｎｉｎｗｉｔｈｔｈｅｐｇｇｇｇ，ａｎｄｂｏｕｎｄａｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｈｅｓｏｌｉｄａｎｄｃｏｕｌｉｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｉｎｉｔｉａｌａｓａｓｙｐｇｇｇｓｅｅａｅｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｉｓｄｅｄｕｃｅｄｂａｓｅｄｏｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｃｏｎｔｒｏｌｅｕａｔｉｏｎｓｏｆｓｅｅａｅｆｉｅｌｄａｎｄｄｅ－ｑｐｇｐｇ，ｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｉｅｌｄ．Ｔａｋｉｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｓｔｏｎｅｃｏａｌｓｌｉｔａｓａｎｅｘａｍｌｅａｃｃｏｒｄｉｎｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｓｇｐｇｇｃｏａｌｓｅａｍｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒｕｌｅｏｆａｓｇ，，ｃｏａｌｂｅｄａｎｄｃｏａｌｂｅｄｓｅｅａｅｖｅｌｏｃｉｔａｓｗｅｌｌａｓｓｅａｍｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｆｒｅｓｓｕｒｅａｓｅｒｍｅａｂｉｌｉｔａｓ－ｐｇｙｐｇｐｙｇ，ｗｆｅｃｔｉｖｅｒａｄｉｕｓｏｆａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｄｒｉｌｌｉｎｏｆｓｉｎｌｅｂｅｄｄｉｎａｂｏｕｔｍｉｎｉｎｃｏａｌｂｅｄｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｈｉｃｈｒｏ－－ｇｇｇｇｇｐ
第３４卷第４期２０１１年４月
重庆大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｑｇｙ
Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．４Ａｒ．２０１１ｐ
）１０００５８２Ｘ（２０１１０４０２４０６文章编号：－－－