高位鉆孔瓦斯抽放影響參數研究

摘 要：以張集礦1211工作面為背景，分析了不同鉆孔間距、抽放負壓、鉆孔直徑、以及不同抽放時間下瓦斯流場的分布，得到了高位鉆孔瓦斯抽放的主要參數對瓦斯抽放效率的影響規律，并根據其結果設計了高位鉆孔鉆場。計算結果表明：當鉆孔間距從1 m減小到0.5 m時，抽放率明顯增加；當抽放負壓降到一定值時，對抽放率影響不大，應取20～30kPa比較合理；鉆孔直徑越大，瓦斯抽放率越高。

關鍵詞：高位鉆孔 抽放率 鉆孔間距 鉆孔直徑

中圖分類號：TD7文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0071-01

瓦斯是煤礦井下發生爆炸的根源。據統計，僅1983-1994年間，我國就發生瓦斯事故675起，死亡4571人，直接經濟損失150億元。近年來，因瓦斯事故造成生命與財產安全損失更為嚴重[1]。瓦斯事故死亡事故中的死亡人數占總死亡人數的比重基本在80%以上[2]。 瓦斯的主要成分是甲烷，其溫室效應是二氧化碳的20多倍，因此大量瓦斯氣體釋放到大氣中，會帶來嚴重的環境災害。隨著開采規模的擴大，以及新技術的應用，煤礦事故中煤與瓦斯突出事故日趨嚴重[3]。瓦斯抽放是防治煤礦瓦斯災害事故的根本措施，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，具有重大的經濟意義和環境意義。

1 高位鉆孔抽放參數分析

高位鉆孔抽放是采空區瓦斯抽放常用的方法之一，其抽放效果與抽放參數的選取直接相關，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。1211工作面可采儲量181萬 t，設計日產量7325 t，綜采工作面相對瓦斯涌出量預計為：6 m3/t，絕對瓦斯涌出量：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軟件進行數值模擬，確定采空區上覆巖層的三帶位置，將鉆孔布置在頂板裂隙帶。根據高位鉆孔抽放瓦斯模型，利用MATLAB軟件，模擬瓦斯流場的二維等值線圖，從而確定鉆孔抽放參數。

1.1 鉆孔間距

為了確定合理的鉆孔間距，分別對0.5 m和1 m的鉆孔間距進行了瓦斯流場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、抽放時間為1天時，鉆孔間距為0.5 m比1 m的瓦斯流場變化幅度明顯增大；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，并且有隨時間增加的趨勢。因此，鉆孔間距取0.5 m較合適。

1.2 抽放負壓

在分別為不同抽放負壓下的瓦斯流場圖。從中可以看出抽放負壓為0 MPa時比抽放負壓為0.05 MPa時的瓦斯流場的變化幅度反而小，抽放率也較抽放負壓為0.05 MPa時小，其原因可能是瓦斯供給源貧乏及鉆孔漏氣嚴重，這時就需要調整抽放負壓。

提高抽放負壓，對煤（巖）層中瓦斯壓力差的增大是有限的，因為其極限值只能達到0.1 MPa，且由于受管路及鉆孔密封性的影響，提高抽放負壓會增加巷道空氣量的漏入，影響抽放效果；同時提高負壓對抽放設備的要求也有所提高，因而受到一定的限制。在不同負壓下抽放率比較，可以看出，一定范圍內，不同抽放負壓對瓦斯抽放率影響不大。因此，抽放時要保證有一定的負壓，同時不能太大，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

在出了抽放負壓為0.05 MPa，抽放時間為120 d時，不同鉆孔直徑下瓦斯抽放率隨時間變化曲線。由圖可知，在時間相同時，直徑越大抽放率越高，但其增長的幅度遠比直徑增長的幅度小。鉆孔直徑的大小對抽放效果的影響主要表現在瓦斯沿鉆孔流動的阻力有所不同，且相差不大，但是增大鉆孔直徑則施工難度將增大，且費用提高。在鉆孔抽放中，現場一般取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 結語

通過數值分析得到了高位鉆孔時鉆孔間距、抽放負壓以及鉆孔直徑對瓦斯抽放率的影響規律。結果表明鉆孔間距從1 m減小到0.5 m，可以明顯提高瓦斯抽放率；抽放負壓對瓦斯抽放率影響與負壓范圍有關，當抽放負壓到達一定范圍時，對抽放率的影響不明顯；增大鉆孔直徑對提高抽放率有一定影響，但抽放率的增大幅度遠小于鉆孔直徑增大幅度。該分析結果為高位鉆孔抽放瓦斯參數的選取提供了理論指導。

參考文獻

[1]梁冰，孫可明.低滲透煤層氣開采理論及其應用[M].科學出版社，2006.

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

[3]殷文韜，傅貴.我國近年煤與瓦斯突出事故統計分析及防治策略[J].礦業安全與環保，2012，36（6）：90-92.