钻孔抽采半径测定研究报告.doc

淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告中国矿业大学安全工程学院二○一二年八月淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告目录1前言12钻孔周围煤体中瓦斯流动理论及影响因素32.1瓦斯在煤层中的流动状态32.2抽排钻孔瓦斯径向流动模型42.3瓦斯抽采效果影响因素62.3.1抽采时间72.3.2抽采负压72.3.3钻孔直径72.3.4钻孔施工及封孔质量82.3.5煤体渗透特性82.3.6地应力92.3.7瓦斯压力102.3.8煤体吸附特性113抽采钻孔瓦斯渗流数值模拟分析123.1数值模型建立123.1.1数值模拟软件简介123.1.2钻孔瓦斯渗流模型的建立133.2模拟参数设置143.2.1模型基础参数设置143.2.2模型边界设置153.3数值模拟结果及分析153.3.1抽采时间的影响153.3.2抽采负压的影响203.3.3煤层渗透率的影响213.3.4钻孔孔径的影响234瓦斯抽排半径测定方法264.1穿层钻孔抽采半径测试方法264.1.1平行钻孔布置法264.1.2终孔圆周布置法274.2顺层钻孔抽采半径测试方法284.2.1测试原理284.2.2测试方法294.3煤巷掘进工作面浅孔排放半径测试方法305瓦斯抽排半径现场测试及结果分析325.1芦岭矿穿层钻孔抽采半径测定及结果分析325.1.1测试地点概况325.1.2钻孔施工参数及钻孔间距的确定335.1.3有效抽采半径确定依据345.1.4测试结果及分析355.1.5抽采后煤层消突效果425.2杨柳矿穿层钻孔抽采半径测定及结果分析445.2.1测试地点概况445.2.2钻孔设计及施工参数455.2.3测试结果及分析455.3祁南矿顺层钻孔抽采半径测定及结果分析495.3.1测试地点概况495.3.2钻孔设计及施工参数495.3.3测试结果及分析505.4祁南煤矿穿层钻孔抽采半径测定及结果分析545.4.1钻孔设计及施工参数545.4.2测试结果及分析555.5祁南煤矿掘进工作面钻孔排放半径测定及结果分析585.5.1钻孔设计及施工参数585.5.2测试结果及分析586瓦斯抽采半径预测程序设计616.1钻孔瓦斯抽采半径程序解算模型及算法616.2程序设计流程图626.3程序界面及算例637总结66淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告66671前言淮北矿区随着开采深度的增加煤层瓦斯压力、含量相对增加采掘工作面瓦斯涌出量也逐渐增加严重制约着矿井的安全生产。预抽煤层瓦斯是大多数突出矿井采取的防突措施。目前淮北矿区瓦斯治理多采用穿层钻孔及顺层钻孔预抽煤层瓦斯措施以降低煤层瓦斯含量进而降低工作面瓦斯涌出量达到治理瓦斯的目的。其中有效抽采半径是该措施的一个重要参数直接关系到预抽钻孔间距的设计影响瓦斯抽采的效果。若抽采钻孔间距较大易出现抽采盲区达不到抽采效果留下安全隐患；若抽采钻孔间距较小则容易造成工期延长及工程量浪费。所以比较准确地测定抽采钻孔的抽采半径可避免设计及施工的盲目性提高抽采效果及施工进度。对抽采瓦斯防治突出及瓦斯超限具有十分重要的意义。目前国内应用的钻孔瓦斯抽采半径的测试方法主要有钻孔测试法和计算机模拟法及二者相结合的方法。在有效性指标的确定上钻孔测试法国内外采用的指标主要有以下三种：瓦斯压力指标、瓦斯含量指标、相对瓦斯压力指标。计算机模拟法主要应用的指标有含量指标和压力指标。国内大多数矿区抽采钻孔抽采半径为2.5-4m多数矿井抽采半径根据经验得到并没有进行现场实测造成了抽采钻孔设计及施工的盲目性。因此淮北矿区有必要现场考察抽采钻孔的抽采半径为矿区抽采钻孔设计提供科学依据。受淮北矿业股份有限公司通防处委托中国矿业大学结合淮北矿区煤层瓦斯赋存状况开展了淮北矿区钻孔抽采半径测定的研究。两年来具体研究工作如下：①理论分析了影响瓦斯抽采钻孔抽采效果的因素建立了钻孔瓦斯抽采流动模型；②运用流体力学软件Fluent对瓦斯抽采钻孔在非稳态、单一抽采因素下的抽采流场规律进行了模拟研究找出钻孔抽采影响因素对抽采半径及瓦斯抽采量的影响关系；③根据国内外现有的穿层及顺层钻孔抽采半径测试方法结合淮北矿区实际情况优选出穿层及顺层钻孔抽采半径最佳测试方法即:针对穿层钻孔抽采半径传统测试方法中存在的缺陷制定出以相对瓦斯压力为观测指标以实际煤层赋存状况进行三维制图的圆周布孔法来测定穿层钻孔抽采半径；采用流量法测试顺层钻孔瓦斯抽采半径。④现场对淮北矿区三个典型突出矿井芦岭矿、祁南矿和杨柳矿穿（顺）层抽采半径进行了测定对已有测定方法的缺陷进行了改进优化了钻孔设计用于指导现场抽采钻孔的设计及施工。⑤根据瓦斯流动连续性、瓦斯运动方程、煤层瓦斯含量方程及瓦斯状态方程结合一维