“三軟”煤層瓦斯抽采方式與經濟性研究

王 立 撒占友

1.青島理工大學機械與汽車工程學院 山東 青島 266520；

2.山東省重點行業領域事故防范技術研究中心 山東 青島 266520

序

我國是一個是一個煤炭大國,到2015年,煤炭開采量接近世界煤炭總產量的一半[1-2],自2005年到2014年十年間,在煤礦事故中,瓦斯事故死亡人數依然在增加[2],實現煤層瓦斯又好又快的抽采是我國目前依然需要研究的問題。

1 朱集西礦概況

朱集西礦8煤層初始瓦斯壓力為6MPa,初始滲透率為1.0×10-16m2,經檢驗,8煤層為典型的“三軟”煤層,煤與瓦斯突出的危險性較高,11-2煤層煤與瓦斯突出的危險性較小,作為8煤層的上保護層開采,兩煤層間距為10m。為進一步降低8煤層瓦斯突出的危險性,擬采用8煤層底板上向穿層鉆孔抽采與11-2煤層下向穿層鉆孔抽采之一。

2 瓦斯抽采效果研究

2.1 模型構建 本文所構建穿抽鉆孔模型長、寬、高分別為10 m、10 m 及4 m,在煤層中均勻布置3條瓦斯抽采管道,在被保護層上向及下向穿層鉆孔中分別設置觀測線及觀測點,對比經過20天、40天、60天及80天瓦斯抽采后模型中滲透率的變化,模型如圖1所示。

2.2 模擬結果 模擬結果如圖2及圖3所示。

圖2 上向穿層鉆孔滲透率變化

從模擬結果可以看出,保護層下向及上向穿層鉆孔瓦斯抽采規律大體相同,但下向穿層鉆孔瓦斯抽采煤層中瓦斯壓力及滲透率的變化幅度要稍大一些。

在圖2中,隨著瓦斯抽采時間的推移,觀測線上被保護煤層內瓦斯壓力得到極大的釋放。在y=5處煤層滲透率變化幅度最大,滲透率的峰值為3.3×10-16m2,當瓦斯抽采60天時,在y=3.5及y=6.5處滲透率變化達到峰值2.6×10-16m2；當瓦斯抽采80天時,在y=0及y=10處滲透率變化達到峰值1.9×10-16m2。當瓦斯抽采20天時,觀測點滲透率由1.0×10-16m2增至2.7×10-16m2；當瓦斯抽采40天時,觀測點滲透率由2.7×10-16m2增至3.16×10-16m2；當瓦斯抽采60天時,觀測點滲透率由3.16×10-16m2增至3.28×10-16m2；當瓦斯抽采80天時,觀測點滲透率由3.28×10-16m2增至3.3×10-16m2。

圖3 下向穿層鉆孔滲透率變化

圖3 可以看出,隨著瓦斯抽采時間的推移,被保護煤層內瓦斯壓力得到極大的釋放。在y=5處煤層滲透率變化幅度最大,滲透率的峰值為3.3×10-16m2,隨著時間的變化,滲透率幾乎不再變化。在y=3.5及y=6.5處滲透率變化的幅度要較小,當瓦斯抽采至40天時,滲透率峰值為2.48×10-16m2；在y=4及y=6處當瓦斯抽采至60天時,滲透率到達峰值為1.73-16m2；在y=0及y=10處,當瓦斯抽采至80天時滲透率達到峰值為1.3×10-16m2。觀測點較圖2中觀測點滲透率變化幅度較小。

兩圖中觀測點滲透率呈對數變化的趨勢逐漸升高,但變化速度逐漸降低。

3 瓦斯抽采經濟性分析

根據數值模擬結果來看,兩種瓦斯抽采方式對煤層中滲透率的影響大體相同,但保護層下向穿層鉆孔對被保護層滲透率的影響相對較大,證明這種瓦斯抽采方式的卸壓效果相對較好。但考慮到煤層瓦斯抽采的經濟性,在進行保護層下向瓦斯抽采時,需要穿過中間巖層,管道布置所需耗材多,相對而言經濟性較差,因此采用保護層底板上向穿層鉆孔的方式進行瓦斯抽采效更適用與朱集西礦8煤層瓦斯抽采。

4 結論

(1)被保護層上向穿層鉆孔與保護層下向穿層鉆孔進行瓦斯抽采時,抽采效果大致相同,但保護層下向穿層鉆孔瓦斯抽采效果相對較好；

(2)瓦斯抽采時煤層中滲透率呈總體上升的趨勢,但變化速度逐漸減慢,最后逐漸穩定；

(3)在上保護層與被保護煤層距離相對較遠時,采用保護層底板上向穿層鉆孔的方式要更為經濟。