喬飛云

(山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司，山西 呂梁市 033000)

0 前 言

煤礦瓦斯抽采方法非常多，主要有高位鉆孔、高位巷等方法。其中，高位鉆孔具有流量大、濃度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為高瓦斯煤礦瓦斯治理的主要手段，是煤層開(kāi)采前抽采瓦斯的有效手段之一。高位鉆孔抽采方法是在工作面的回風(fēng)巷道向煤層頂板打鉆孔，依靠工作面回采過(guò)程中的采動(dòng)應(yīng)力和支承應(yīng)力產(chǎn)生的裂隙作為瓦斯流通通道，采用負(fù)壓抽放，將大量瓦斯抽出，解決工作面瓦斯超限問(wèn)題[1-4]。

本文采用FLUENT軟件對(duì)不同角度(25°，30°，35°，40°)下的高位鉆孔抽采效果進(jìn)行數(shù)值模擬，并與實(shí)際抽采情況進(jìn)行對(duì)比分析，確定最佳抽采方案。

1 工程概況

山西某礦S1202工作面主采3號(hào)煤層。工作面煤厚5.2 m，工作面走向1206.67 m，工作面傾向330.6 m，為近水平煤層，整個(gè)工作面采用U+L的通風(fēng)方式。在S1202工作面開(kāi)采前，進(jìn)風(fēng)巷總風(fēng)量為3250 m3/min，其余兩條巷道進(jìn)風(fēng)量為1125 m3/min。

2 不同仰角瓦斯分布特征

2.1 走向方向瓦斯分布特征分析

分析不同仰角下瓦斯分布規(guī)律，對(duì)于指導(dǎo)瓦斯抽采具有重要意義，首先分析在走向方向上25 m時(shí)的瓦斯分布特征(見(jiàn)圖1)。

根據(jù)圖1不同角度下的瓦斯分布規(guī)律可知，瓦斯?jié)舛入S著角度的增大，變化率增大，具體見(jiàn)表1。

圖1 走向方向上Z=25 m時(shí)瓦斯分布特征

表1 Z=25 m時(shí)，工作面采空區(qū)瓦斯?jié)舛?/p>

2.2 豎直方向瓦斯分布特征

豎直方向上瓦斯分布規(guī)律對(duì)于地表瓦斯抽采具有重要意義，本次模擬采用Y軸上的截面進(jìn)行研究，采取的高度為195 m，模擬的結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，大量瓦斯向抽采口流動(dòng)，隨著模擬角度的不斷增大，現(xiàn)象越不明顯，同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著Z軸的數(shù)值越大，其瓦斯密度曲線越密集。

圖2豎直方向上195m處截面瓦斯分布特征

3 高位鉆孔瓦斯抽采綜合分析

為了達(dá)到最優(yōu)抽采效果，對(duì)瓦斯抽采中的各個(gè)抽采數(shù)據(jù)(瓦斯純量、瓦斯?jié)舛鹊葦?shù)據(jù))進(jìn)行綜合分析，得出不同時(shí)期瓦斯抽采數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)。

表2 不同角度下瓦斯純量、瓦斯?jié)舛?、混合量?shù)據(jù)

由表2可知，當(dāng)角度相同時(shí)，瓦斯純量、瓦斯?jié)舛?、混合量隨著距離的減少呈直線上升趨勢(shì)，當(dāng)距離相同時(shí)，角度越大，抽出的瓦斯?jié)舛纫沧兇?，同時(shí)，隨著角度的增大，混合量減少[2-6]。

4 工作面高位鉆孔抽采時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析

S1202工作面的6個(gè)高位鉆孔抽采數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3。

圖3 鉆孔日抽采純量變化情況

由圖3可知，S1202工作面的6個(gè)高位鉆孔，煤層在回采過(guò)程中，抽采純量隨著工作面的推進(jìn)呈現(xiàn)增大—變小變化特征，其中7-2#抽采量最大，其最佳角度為仰角30°，夾角26°。同時(shí)對(duì)在仰角為30°，夾角為25°時(shí)上隅角瓦斯?jié)舛?、尾巷瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行模擬研究并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，具體對(duì)比特征變化如表3所示。

表3 上隅角瓦斯?jié)舛取⑽蚕锿咚節(jié)舛扰c實(shí)測(cè)對(duì)比

由表3可知，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值與數(shù)值模擬值在數(shù)值上呈現(xiàn)出一致的趨勢(shì)，僅是尾巷瓦斯?jié)舛却嬖谝欢ǖ牟顒e，通過(guò)實(shí)測(cè)對(duì)比分析驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 結(jié) 論

(1) 瓦斯抽采數(shù)值模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大量瓦斯向抽采口流動(dòng)，隨著模擬角度的不斷增大，現(xiàn)象越不明顯，同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著Z軸的數(shù)值越大，其瓦斯密度曲線越密集。

(2) 當(dāng)角度相同時(shí)，瓦斯純量、瓦斯?jié)舛取⒒旌狭侩S著距離的減少呈直線上升趨勢(shì)，當(dāng)距離相同時(shí)，角度越大，抽出的瓦斯?jié)舛纫沧兇?，同時(shí)，隨著角度的增大，混合量減少。

(3) 鉆孔仰角為30°，夾角為26°時(shí)的抽采效果最佳。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值與數(shù)值模擬值在數(shù)值上呈現(xiàn)出一致的趨勢(shì)，僅是尾巷瓦斯?jié)舛却嬖谝欢ǖ牟顒e，通過(guò)實(shí)測(cè)對(duì)比分析驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。