“三软”煤层瓦斯抽采方式与经济性研究

王 立 撒占友

1.青岛理工大学机械与汽车工程学院 山东 青岛 266520；

2.山东省重点行业领域事故防范技术研究中心 山东 青岛 266520

序

我国是一个是一个煤炭大国,到2015年,煤炭开采量接近世界煤炭总产量的一半[1-2],自2005年到2014年十年间,在煤矿事故中,瓦斯事故死亡人数依然在增加[2],实现煤层瓦斯又好又快的抽采是我国目前依然需要研究的问题。

1 朱集西矿概况

朱集西矿8煤层初始瓦斯压力为6MPa,初始渗透率为1.0×10-16m2,经检验,8煤层为典型的“三软”煤层,煤与瓦斯突出的危险性较高,11-2煤层煤与瓦斯突出的危险性较小,作为8煤层的上保护层开采,两煤层间距为10m。为进一步降低8煤层瓦斯突出的危险性,拟采用8煤层底板上向穿层钻孔抽采与11-2煤层下向穿层钻孔抽采之一。

2 瓦斯抽采效果研究

2.1 模型构建 本文所构建穿抽钻孔模型长、宽、高分别为10 m、10 m 及4 m,在煤层中均匀布置3条瓦斯抽采管道,在被保护层上向及下向穿层钻孔中分别设置观测线及观测点,对比经过20天、40天、60天及80天瓦斯抽采后模型中渗透率的变化,模型如图1所示。

2.2 模拟结果 模拟结果如图2及图3所示。

图2 上向穿层钻孔渗透率变化

从模拟结果可以看出,保护层下向及上向穿层钻孔瓦斯抽采规律大体相同,但下向穿层钻孔瓦斯抽采煤层中瓦斯压力及渗透率的变化幅度要稍大一些。

在图2中,随着瓦斯抽采时间的推移,观测线上被保护煤层内瓦斯压力得到极大的释放。在y=5处煤层渗透率变化幅度最大,渗透率的峰值为3.3×10-16m2,当瓦斯抽采60天时,在y=3.5及y=6.5处渗透率变化达到峰值2.6×10-16m2；当瓦斯抽采80天时,在y=0及y=10处渗透率变化达到峰值1.9×10-16m2。当瓦斯抽采20天时,观测点渗透率由1.0×10-16m2增至2.7×10-16m2；当瓦斯抽采40天时,观测点渗透率由2.7×10-16m2增至3.16×10-16m2；当瓦斯抽采60天时,观测点渗透率由3.16×10-16m2增至3.28×10-16m2；当瓦斯抽采80天时,观测点渗透率由3.28×10-16m2增至3.3×10-16m2。

图3 下向穿层钻孔渗透率变化

图3 可以看出,随着瓦斯抽采时间的推移,被保护煤层内瓦斯压力得到极大的释放。在y=5处煤层渗透率变化幅度最大,渗透率的峰值为3.3×10-16m2,随着时间的变化,渗透率几乎不再变化。在y=3.5及y=6.5处渗透率变化的幅度要较小,当瓦斯抽采至40天时,渗透率峰值为2.48×10-16m2；在y=4及y=6处当瓦斯抽采至60天时,渗透率到达峰值为1.73-16m2；在y=0及y=10处,当瓦斯抽采至80天时渗透率达到峰值为1.3×10-16m2。观测点较图2中观测点渗透率变化幅度较小。

两图中观测点渗透率呈对数变化的趋势逐渐升高,但变化速度逐渐降低。

3 瓦斯抽采经济性分析

根据数值模拟结果来看,两种瓦斯抽采方式对煤层中渗透率的影响大体相同,但保护层下向穿层钻孔对被保护层渗透率的影响相对较大,证明这种瓦斯抽采方式的卸压效果相对较好。但考虑到煤层瓦斯抽采的经济性,在进行保护层下向瓦斯抽采时,需要穿过中间岩层,管道布置所需耗材多,相对而言经济性较差,因此采用保护层底板上向穿层钻孔的方式进行瓦斯抽采效更适用与朱集西矿8煤层瓦斯抽采。

4 结论

(1)被保护层上向穿层钻孔与保护层下向穿层钻孔进行瓦斯抽采时,抽采效果大致相同,但保护层下向穿层钻孔瓦斯抽采效果相对较好；

(2)瓦斯抽采时煤层中渗透率呈总体上升的趋势,但变化速度逐渐减慢,最后逐渐稳定；

(3)在上保护层与被保护煤层距离相对较远时,采用保护层底板上向穿层钻孔的方式要更为经济。