群孔瓦斯抽采鉆孔有效抽采半徑的模擬與優(yōu)化

陳鼎文，盧 平，余 陶

(安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

0 引言

煤礦開采時不可避免地會產(chǎn)生主要成分為瓦斯的煤層氣。瓦斯屬于清潔能源，其完全燃燒所產(chǎn)生的熱值相當(dāng)可觀，并且對空氣污染較小。為了保證煤礦安全生產(chǎn)，研究煤礦瓦斯抽采必不可少[1]。進(jìn)行煤礦瓦斯抽采利用，可以實(shí)現(xiàn)煤炭在低瓦斯?fàn)顟B(tài)下開采，能有效避免瓦斯事故發(fā)生，是保障煤礦安全生產(chǎn)的根本措施和關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2-3]。

潘二煤礦A組煤首采面11223工作面進(jìn)行煤層瓦斯抽采時，煤層面積大，鉆孔網(wǎng)格布置施工量較大。為此，利用COMSOL Multiphysics軟件研究煤層消突鉆孔的有效抽采半徑，優(yōu)化鉆孔布置，減少鉆孔施工量，以提高施工效率，促進(jìn)礦區(qū)高效安全生產(chǎn)，對礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 有效抽采半徑模型理論

煤層鉆孔有效抽采半徑模型描述了瓦斯在鉆孔周圍的運(yùn)移規(guī)律。建立模型方程，需要忽略一些復(fù)雜的地質(zhì)條件，作出以下幾條假設(shè)：①瓦斯吸附符合Langmuir方程；②煤層中的瓦斯流動符合達(dá)西定律；③將瓦斯視為理想氣體，抽采過程中瓦斯?jié)B流是等溫過程；④瓦斯抽采中形成的流場為徑向流場；⑤不考慮水對瓦斯抽采造成的影響；⑥抽采過程中煤層的滲透率與孔隙率為定值，且煤層周圍為封閉環(huán)境[4]。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》等[5]，采用煤層瓦斯壓力法進(jìn)行考察確定抽采鉆孔的有效影響半徑。壓力法是通過設(shè)計施工壓力觀測孔，待觀測孔壓力穩(wěn)定后，在距壓力觀測孔的不同距離施工抽采鉆孔，在規(guī)定的時間內(nèi)連續(xù)觀測壓力孔的讀數(shù)，在規(guī)定時間內(nèi)測量鉆孔抽采瓦斯的有效抽采半徑[6]。……