掘進工作面水力割縫抽采瓦斯的數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國是能源消費大國，在一次性能源消費中，煤炭比重由2009年的74.6％降為2015年的63.3%，2020年左右比重將降低為62%。雖然消費比重有所下降，在未來的若干年內(nèi)，煤炭仍然是主要消費能源。煤與瓦斯突出和煤礦瓦斯爆炸嚴重威脅煤礦的安全生產(chǎn)，事故造成的人員傷亡和直接經(jīng)濟損失巨大，給國家的形象帶來負面影響。為確保煤礦的安全生產(chǎn)，最大限度減少人員傷亡，對井下瓦斯進行抽采和利用是我國各個煤礦的首要任務。鉆孔和水力割縫抽采瓦斯是目前最常見

2、的治理瓦斯方式。
　　對井下瓦斯進行抽采，研究煤體中瓦斯的賦存和運移規(guī)律是必要的，同時煤巖體的物理特性也是研究的主要內(nèi)容。本文結(jié)合多孔介質(zhì)彈性力學，礦山巖石流體力學，滲流力學，有限元分析等理論，利用 COMSOL Multiphysics仿真軟件，建立煤層瓦斯?jié)B流的固流耦合模型，對瓦斯在煤體中的運移規(guī)律和抽采進行了模擬分析，得到一些結(jié)論：
　　（1）闡述了煤巖體的物理特性，瓦斯的賦存和運移規(guī)律。依據(jù)多孔彈性力學，滲流力學，礦

3、山巖石流體力學，有限元分析等理論，建立了煤層瓦斯?jié)B流的固流耦合模型，建立了滲透率，應力，孔隙壓力三者相互關聯(lián)的數(shù)學表達式。
　?。?）對掘進工作面進行3個孔和5個孔抽采瓦斯，模擬得出，5個孔的抽采量，抽采速度，抽采效率高于3個孔。鉆孔工況下的抽采方式僅對工作面的瓦斯壓力，煤層滲透率有影響，工作面周圍的瓦斯壓力，煤層滲透率不發(fā)生變化。抽采瓦斯的流向由煤層邊沿向掘進工作面涌入。
　?。?）對掘進工作面進行3條割縫和5條割縫抽采瓦

4、斯，模擬得出，5縫的抽采量，抽采速度，抽采效率明顯高于3縫。割縫工況下的抽采方式不僅對工作面瓦斯壓力，煤層滲透率有顯著影響，同時工作面周圍的瓦斯壓力，煤層滲透率發(fā)生較大變化。
　　（4）在掘進工作面兩幫鉆場進行水力割縫，模擬得出，鉆場割縫和掘進巷組成的三角區(qū)域內(nèi)，瓦斯壓力，煤層滲透率變化最大，同時整個掘進工作面及其周圍的煤層的滲透率也發(fā)生變化。鉆場割縫工況下的瓦斯抽采量，抽采速度，抽采效率得到最大程度的提高。
　　（5）模擬

5、對比得出，鉆孔僅使工作面煤層的滲透率提高0.7倍，工作面周圍滲透率不發(fā)生變化。工作面割縫使煤層滲透率提高2倍，周圍煤層的滲透率高1倍左右。鉆場割縫使工作面的滲透率提高8倍，周圍煤層的滲透率提高5倍左右，邊沿煤層的滲透率提高2倍。
　　應用COMSOL Multiphysics仿真軟件模擬瓦斯抽采，分析對比得出，目前在掘進工作面進行鉆孔抽采瓦斯的技術需要改變，水力割縫抽采瓦斯的技術值得應用。在掘進巷兩幫的鉆場里進行水力割縫目前尚未在