斜交高位钻孔采空区瓦斯分布规律研究

乔飞云

(山西离柳焦煤集团有限公司，山西 吕梁市 033000)

0 前 言

煤矿瓦斯抽采方法非常多，主要有高位钻孔、高位巷等方法。其中，高位钻孔具有流量大、浓度高、操作简单等优点，目前已成为高瓦斯煤矿瓦斯治理的主要手段，是煤层开采前抽采瓦斯的有效手段之一。高位钻孔抽采方法是在工作面的回风巷道向煤层顶板打钻孔，依靠工作面回采过程中的采动应力和支承应力产生的裂隙作为瓦斯流通通道，采用负压抽放，将大量瓦斯抽出，解决工作面瓦斯超限问题[1-4]。

本文采用FLUENT软件对不同角度(25°，30°，35°，40°)下的高位钻孔抽采效果进行数值模拟，并与实际抽采情况进行对比分析，确定最佳抽采方案。

1 工程概况

山西某矿S1202工作面主采3号煤层。工作面煤厚5.2 m，工作面走向1206.67 m，工作面倾向330.6 m，为近水平煤层，整个工作面采用U+L的通风方式。在S1202工作面开采前，进风巷总风量为3250 m3/min，其余两条巷道进风量为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规律，对于指导瓦斯抽采具有重要意义，首先分析在走向方向上25 m时的瓦斯分布特征(见图1)。

根据图1不同角度下的瓦斯分布规律可知，瓦斯浓度随着角度的增大，变化率增大，具体见表1。

图1 走向方向上Z=25 m时瓦斯分布特征

表1 Z=25 m时，工作面采空区瓦斯浓度

2.2 竖直方向瓦斯分布特征

竖直方向上瓦斯分布规律对于地表瓦斯抽采具有重要意义，本次模拟采用Y轴上的截面进行研究，采取的高度为195 m，模拟的结果如图2所示。

由图2可知，大量瓦斯向抽采口流动，随着模拟角度的不断增大，现象越不明显，同时发现随着Z轴的数值越大，其瓦斯密度曲线越密集。

图2竖直方向上195m处截面瓦斯分布特征

3 高位钻孔瓦斯抽采综合分析

为了达到最优抽采效果，对瓦斯抽采中的各个抽采数据(瓦斯纯量、瓦斯浓度等数据)进行综合分析，得出不同时期瓦斯抽采数据(见表2)。

表2 不同角度下瓦斯纯量、瓦斯浓度、混合量数据

由表2可知，当角度相同时，瓦斯纯量、瓦斯浓度、混合量随着距离的减少呈直线上升趋势，当距离相同时，角度越大，抽出的瓦斯浓度也变大，同时，随着角度的增大，混合量减少[2-6]。

4 工作面高位钻孔抽采时现场数据分析

S1202工作面的6个高位钻孔抽采数据见图3。

图3 钻孔日抽采纯量变化情况

由图3可知，S1202工作面的6个高位钻孔，煤层在回采过程中，抽采纯量随着工作面的推进呈现增大—变小变化特征，其中7-2#抽采量最大，其最佳角度为仰角30°，夹角26°。同时对在仰角为30°，夹角为25°时上隅角瓦斯浓度、尾巷瓦斯浓度进行模拟研究并对现场实测数据进行对比分析，具体对比特征变化如表3所示。

表3 上隅角瓦斯浓度、尾巷瓦斯浓度与实测对比

由表3可知，现场测试值与数值模拟值在数值上呈现出一致的趋势，仅是尾巷瓦斯浓度存在一定的差别，通过实测对比分析验证了数值模拟结果的准确性。

5 结 论

(1) 瓦斯抽采数值模拟试验发现，大量瓦斯向抽采口流动，随着模拟角度的不断增大，现象越不明显，同时发现随着Z轴的数值越大，其瓦斯密度曲线越密集。

(2) 当角度相同时，瓦斯纯量、瓦斯浓度、混合量随着距离的减少呈直线上升趋势，当距离相同时，角度越大，抽出的瓦斯浓度也变大，同时，随着角度的增大，混合量减少。

(3) 钻孔仰角为30°，夹角为26°时的抽采效果最佳。现场测试值与数值模拟值在数值上呈现出一致的趋势，仅是尾巷瓦斯浓度存在一定的差别，通过实测对比分析验证了数值模拟结果的准确性。