某矿采动裂隙“ O” 型圈中瓦斯运移规律分析 及抽放设计-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
某矿采动裂隙“ O” 型圈中瓦斯运移规律分析 及抽放设计
2018-08-17
根据某矿2315 工作面实际情况构建了Fluent 数值模型,对该工作面沿走向和倾向的 瓦斯浓度分布进行了数值模拟分析,得出了采动裂隙“ O” 形圈内瓦斯运移规律。根据瓦斯浓度分 布规律对工作面瓦斯抽放钻孔参数(钻场有效高度、钻孔有效长度以及钻孔与回风巷的水平距离) 进行了设计,取得了理想的瓦斯抽放效果,对于类似矿山瓦斯灾害治理有一定的参考价值。
Serial No. 591 July. 2018 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 591期 2018 年 7 月第 7 期 某矿采动裂隙“O”型圈中瓦斯运移规律分析 及抽放设计 赵文利 大同煤炭职业技术学院) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 根据某矿 2315 工作面实际情况构建了 Fluent 数值模型,对该工作面沿走向和倾向的 瓦斯浓度分布进行了数值模拟分析,得出了采动裂隙“O”形圈内瓦斯运移规律。 根据瓦斯浓度分 布规律对工作面瓦斯抽放钻孔参数(钻场有效高度、钻孔有效长度以及钻孔与回风巷的水平距离) 进行了设计,取得了理想的瓦斯抽放效果,对于类似矿山瓦斯灾害治理有一定的参考价值。 关键词ꢀ 瓦斯抽放ꢀ “O”形圈ꢀ 采动裂隙ꢀ 瓦斯运移规律 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2018. 07. 051 Analysis of Gas Migration Regularity and Design of Gas Drainage of "O" Ring of the Mining Fissure of a Mine Zhao Wenli ( Datong Vocational and Technical College of Coal) Abstractꢀ According to the actual situation of 2315 working face of a mine,the Fluent numerical model is established,so as to conduct simulation analysis of the gas concentration distribution of the strik- ing and tendency of the working face,the gas migration regularities of " O" ring in mining fissure is dis- cussed. Based on the gas concentration regularity,the borehole parameters (drilling effective height,drill- ing effective length and the horizontal distance of drilling and air return roadway) of gas drainage of the working face are designed,the ideal gas drainage effects is obtianed,which can provide reliable reference for the gas drainage of similar mines. Keywordsꢀ Gas drainage," O" ring,Mining fissure,Gas migration regularity ꢀ ꢀ 对煤矿采动裂隙“O”形圈内的瓦斯运移规律进 相特征,可将矿区煤系划分为上、中、下 3 个煤组。 上# # 行分析,对于提高矿井瓦斯抽放效率,确保井下安全 其中,上煤组含煤 19 层,可采煤层有 4 层(1 、4 、 [ 1-3] 上# # # 生产具有重要作用 。 本研究结合 Fluent 数值模 6 、10 煤层),为中煤组顶部 12 煤层的直接顶板, 拟分析方法,对某矿 2315 工作面采动裂隙“O”型圈 内的瓦斯运移规律研究,并对瓦斯抽放钻孔参数进 行合理设计。 该组煤厚总计 13. 08 m,含煤系数为 15. 96% ;中煤 # # # 组含煤 30 层,其中可采煤层有 7 层(12 、16 、17 、 上# 中# # # 1 81 、181 、182 、19 煤层),该组煤层总厚 20. 32 m, 1 ꢀ 工作面概况 含煤系数为 22. 64% ;下煤组含煤 14 层,其中可采 某矿经过近 40 a 的开采,南一、南二、南三 3 个 # 煤层 1 层(24 煤层),该组煤层总厚 7. 38 m,含煤系 采区一水平 1 400 m 水平以上的煤层已基本回采完 毕,现在大部分开采 1 400 m 水平以下的煤层。 该 矿井有可采煤层 12 层,根据区域含煤系的岩性、岩 数仅为 11. 72% ,其特点为煤层薄,煤质差。 2 315 采煤工作面位于南三采区,属首采工作 面,采面回风巷走向长为 865 m,运输巷走向长为 42 m, 采 面 倾 向 长 为 168 m, 采 面 可 采 走 向 长 为 576 m,煤层倾角平均为 11°,平均采高 2. 8 m。 7 ꢀ ꢀ 赵文利(1982—),男,注册安全工程师,037003 山西省大同市。 1 80 ꢀ ꢀ 赵文利:某矿采动裂隙“O”型圈中瓦斯运移规律分析及抽放设计ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2018 年 7 月第 7 期 # # 该采面所开采的煤层为 10 煤层,上区段 10 煤层 # 2313 采面)和上区段下伏 12 煤层(2313 采面) 已 ( # 回采,下区段上覆 6 煤层(2317 采面)作为保护层已 开采,2315 运输巷处于卸压区域,2315 回风巷为沿 空掘巷。 该工作面布置了 2315 顶抽巷,针对 2315 工作面还布置了高位钻场(图 1)。 采煤工作面形成 之前,测出 2315 工作面的煤炭储量为 23. 38 万 t。 # 该 工 作 面 开 采 10 煤 层, 煤 层 原 始 瓦 斯 含 量 3 为 14. 07 m / t,该区域总的瓦斯含量为 328. 96 万 图 3ꢀ 采空区瓦斯浓度分布 周瓦斯浓度逐渐增大,与采空区裂隙的孔隙率分布 特征相对应,采空区中部的离层趋于压实,瓦斯浓度 相对较低,而在采空区两侧,裂隙较发育,瓦斯浓度 相对较高,从而在平面上形成了一个瓦斯浓度高的 3 m ,瓦斯压力( 绝对瓦斯压力) 为 1. 2 ~ 2. 1 MPa。 “ O”形圈,即瓦斯运移通道。 运用 Tecplot 软件对数 在采煤工作面推进过程中,在进行本煤层钻孔抽放 瓦斯时曾发生多次喷孔现象,在进行穿层钻孔预抽 瓦斯时,也多次出现严重的卡钻、喷孔现象。 值模拟结果进行进一步处理,得到沿工作面走向、倾 向的瓦斯浓度分布特征如图 4 所示。 分析图 4 可知:沿走向方向上,采用理论值得出 的瓦斯浓度分布曲线与采用实际值得出的瓦斯浓度 分布曲线基本重合,说明在切眼附近和工作面附近 煤岩的渗透系数和孔隙率对“O”形圈内瓦斯浓度及 “ O”形圈边界的影响较小;沿倾向方向上,采用理论 值得出的瓦斯浓度分布曲线与采用实际值得出的瓦 斯浓度分布曲线相差较大,但瓦斯浓度总体变化趋 势较接近,均为随着与回风巷距离的增加,瓦斯浓度 逐渐减小,而后趋于稳定(压实区),最后接近运输 巷道时又逐渐增加。 图 1ꢀ 2315 工作面高位钻场布置示意 2 ꢀ 瓦斯运移规律分析 2 . 1ꢀ 模型构建 选择南三采区 2315 工作面上覆岩体作为研究 对象,根据该工作面的实际漏风情况,模拟回采面距 开切眼 200 m 的情形,坐标原点位于工作面支架与 回风巷底板交点处。 模型沿采空区中部对称,几何 边 界 参 数 为 工 作 面 倾 斜 长 度 168 m, 平 均 采 高 2. 8 m,采空区尺寸为 200 m×168 m(长×宽),工 作面控顶距为 3 m(图 2)。 图 2ꢀ 模型示意 图 4ꢀ 工作面瓦斯浓度分布 2 . 2ꢀ 数值模拟分析 ◇ □ —理论值; —实际值 采用 Fluent 软件对图 1 模型进行了解算,结果 3ꢀ 煤层卸压瓦斯抽放钻孔布置 见图 3。 分析图3可知:采空区中部瓦斯浓度最低,向四 3. 1ꢀ 钻孔参数设计 根据相关理论,钻孔终孔高度 H 应处于裂隙带 81 z 1 总第 591 期 现代矿业 2018 年 7 月第 7 期 [ 4-6] ,即: 范围内 眼开 始 推 进, 在 钻 孔 抽 放 之 前, 瓦 斯 涌 出 量 3 Hm < Hz < H1 , (1) 为 5. 12 m / min,工作面回风巷段 6 ~ 8 m 内瓦斯超 式中,Hm 为冒落带高度,m;H1 为裂隙带高度,m。 限,当工作面推进超过 40 m 后,抽放钻孔开始抽放 发挥作用,当顶煤充分放落(或来压期间) 时,抽放 [ 4-7] Hm 计算公式为 3 M 瓦斯涌出量为 1. 8 ~ 2. 9 m / min,占综放面瓦斯涌 Hm = (k - 1)cosα , (2) 出量的 35% ~ 56% ,抽放效果十分明显。 在正常抽 放瓦斯时,工作面回风巷段 6 ~ 8 m 处,局部区域的 瓦斯浓度为 0. 6% ~ 0. 8% ,在长期观测过程中,瓦 斯抽放浓度变化较大,为 0. 7% ~ 4% 。 由于瓦斯密 度低于空气密度,而钻孔终孔又位于采动裂隙“O” 形圈内,大量瓦斯首先涌入该区域,即被抽采钻孔抽 出,使得大量由采煤工作面中涌出的瓦斯被排出,确 保了上隅角瓦斯不超限。 式中,M 为采面平均采高,m;k 为碎胀系数;α 为煤 层平均倾角,(°)。 [ 8-9] H1 可用下式进行计算 00M aM + b ± c , 式中,a,b,c 均为待定常数,取值可根据相关煤矿设 : 1 H1 = (3) [ 10] 计规范确定 。 将式(2)和式(3)代入式(1) 中,便可确定钻孔 终孔距底板的高度。 4 ꢀ 结ꢀ 语 以某矿 2315 采煤工作面为例,结合 Fluent 数值 钻孔有效长度应确保其位于裂隙带范围,即: 模拟分析方法,对该工作面上覆岩层采动裂隙“O” 形圈内的瓦斯运移规律进行了分析,并对相应的瓦 斯抽放钻孔参数进行了合理设计,取得了理想的抽 放效果,可供类似矿山借鉴。 Lk = Lz - Lc , (4) 式中,Lk 为钻孔有效长度,m;Lz 为钻孔总长度,m; Lc 为重叠区长度,m。 为将抽放钻孔顺利打至“O” 形圈内,抽放钻孔 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 的终孔点或抽放巷与回风巷的水平距离 s 可按下式 [ 10] : 计算 [1]ꢀ 林海飞,李树刚,成连华,等. 覆岩采动裂隙带动态演化模型的 实验分析[J]. 采矿与安全工程学报,2011,28(2):298-303. s = [H - (B + Hcotα)tanα]sinα + B + Hcotθ) / cosα , [ 2]ꢀ 张辛亥,席ꢀ 光,徐精彩,等. 基于流场模拟的综放面自燃危险 区域划分及预测[ J]. 北京科技大学学报,2005,27 (6):641- ( (5) 式中,H 为抽放孔的终孔点或抽放巷与煤层的垂直 距离,m;B 为钻孔(巷) 距“O” 形圈外边界的距离, m;θ 为裂隙边界与开采边界的连线与煤层的夹角, 6 44. [ [ [ 3]ꢀ 邹喜正. 矿山压力与岩层控制[M]. 徐州:中国矿业大学出版 社,2005. 4]ꢀ 林承宁. 佳新煤矿 1504 工作面火区启封技术及发火规律的研 究[D]. 淮南:安徽理工大学,2011. ( °)。 2315 工作面煤层属于坚硬煤层,本研究设定 a 5]ꢀ 胡千庭,梁运培,刘见中. 采空区瓦斯流动的 CFD 模拟[J]. 煤 炭学报,2007,32(7):719-723. = 1. 2,b =2. 0,c=8. 9,M=2. 8 m,α=11°,k =1. 28 ~ 1 . 51,据式(2)可得,Hm = 10. 18 m,据式(3)可得 H1 [6]ꢀ 韦立德,徐卫亚,朱珍德,等. 岩石粘弹塑性模形的研究[J]. 岩 土力学,2002,23(5):583-586. 并取其下限值时为 43. 34 m。 考虑到钻场的稳定性 [ 7]ꢀ 孙元春,尚彦军. 岩石隧道围岩变形时空效应分析[J]. 工程地 质学报,2008,16(2):211-215. 及便于维护,本研究钻场高度确定为 11 m。 根据 # 1 0 煤层赋存特征及现有的生产条件,钻孔孔深设定 [ 8]ꢀ 陈宗基,傅冰骏. 岩石力学的发展方向[J]. 岩石力学与工程学 报,1990,9(3):175-183. 为 80 ~ 95 m,根据式(4)可得,Lk 约为 55 m。 由于 H1 = 43. 34 m,故 H = 40. 54 m。 根据钻孔孔深和 H 值,可得 θ = 42°,B = 0 ~ 34 m,由式(5) 可得出 s = 0 [9]ꢀ 许宏发. 软岩强度和弹性模量的时间效应研究[J]. 岩石力学 与工程报,1997,16(3):246-251. [ 10]ꢀ 吴立新,孟顺利. 煤岩流变模形与地表二次沉积研究[ J]. 地 质力学学报,1997(3):29-35. ~ 35 m。 为确保长时间、高浓度、高效率地抽放瓦 斯,本研究 Hz =10. 18 ~ 43. 34 m,s=0 ~ 4 m。 . 2ꢀ 抽放效果 由 2315 工作面瓦斯浓度观测可知,工作面至切 ( 收稿日期 2018-01-10) 3 1 82
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号