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地面钻孔抽采条件下半封闭采空区瓦斯运移及分布规律研究

汪长明  
【摘要】: 地面钻孔抽采采空区瓦斯作为矿井瓦斯治理以及煤层气开发的一个重要手段,已经在我国一些矿区进行了多次试验,取得了较好的效果,但仍存在一些关键技术问题需要解决,例如钻孔定位优化、瓦斯产能模拟预测等。本论文在研究地面钻孔抽采采空区瓦斯机理及采空区瓦斯运移、分布规律基础上,从采空区瓦斯分布规律的角度提出地面钻孔的合理布孔位置。 本论文较详细的论述了采空区瓦斯运移和分布规律。首先,分析了地面钻孔抽采采空区瓦斯的机理,以及采空区覆岩破碎带的分布规律,从理论上分析了采空区气体的运移及分布规律,并给出了采空区瓦斯运移及分布的数学模型。之后选择了谢桥煤矿13118和张北矿11418两个工作面,应用CFD流体分析软件对选定工作面采空区的瓦斯分布规律进行了数值模拟,通过数值模拟得出了采空区瓦斯在地面钻孔抽采和未抽采时的分布规律;通过在工作面释放示踪气体,实测了大量的相关数据,并对数据进行分析处理,验证了CFD流体软件分析采空区瓦斯分布规律的可靠性。本论文的研究成果可作为地面瓦斯抽采钻孔设计的参考依据。 论文主要工作和结论如下: ⑴通过数值模拟和现场SF6示踪气体试验可以看出,在未进行地面钻孔抽采瓦斯时,靠近工作面瓦斯浓度较低,往采空区深部瓦斯浓度逐渐升高,最高浓度值出现在采空区内离工作面500m左右,再往采空区深部,瓦斯浓度又会降低。而且瓦斯浓度较高的地点出现在采空区中部靠近回风巷侧。 ⑵地面钻孔抽采条件下,采空区靠近回风巷侧瓦斯浓度较地面钻孔未抽采瓦斯时浓度低。此外,当两个钻孔同时抽采时,氧气渗透进入采空区内部更深的距离并进入抽采管,靠近工作面的钻孔瓦斯浓度将会降低,影响抽采效果,需要加强抽采管路中瓦斯及氧气浓度的检测,以便适时调节钻孔抽采参数。 ⑶SF6示踪气体试验结果表明,各个钻孔取样数据随着时间变化的衰减趋势基本一致,主要呈负指数形式衰减。 ⑷根据对覆岩裂隙分布规律及采空区瓦斯流动、分布规律的研究,地面钻孔的平面位置应布置在靠近回风巷侧,在空间上,钻孔终孔点应位于覆岩裂隙带内。从现场考察结果看,单孔最大瓦斯抽放量可达33.8m3/min。


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