特厚煤层采动裂隙场演化与地面钻井产气规律

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针对特厚煤层开采强度大、对煤岩体扰动程度高的特点,论文以确定合适的瓦斯抽采位置、分析钻井产气规律为切入点,对特厚煤层采动裂隙场演化规律、采空区气体分布规律进行了研究,确定了合理的瓦斯抽采钻孔或钻井的布置位置,并讨论了渗透率和瓦斯抽采半径不同函数关系下的产气规律,与靖远煤业集团魏家地煤矿地面钻井实测数据进行了比较分析。利用ABAQUS数值模拟软件,对特厚煤层开采后上覆岩层的位移量、膨胀率、渗透率变化规律进行了研究:(1)当煤层未充分采动时,上覆煤岩层垮落不充分,采空区中部裂隙发育程度较高,渗透率大。当煤层充分采动时,上覆煤岩体充分垮落,采空区中部的裂隙逐渐被压实,渗透率变小;(2)煤层倾角使得自身重力分布不均,靠近回风巷一侧的裂隙发育程度要高于进风巷一次,渗透率略高;(3)在垂直方向上,采空区两侧裂隙发育程度逐渐减弱,煤岩体膨胀率、渗透率呈指数形式下降。采空区中部,采动裂隙先充分发育而后被逐渐压实、闭合,膨胀率及渗透率先变大、后逐渐减小;(4)将煤层和采空区分为原始区、采动影响区、裂隙发育区和重新压实区。利用ABAQUS模拟得出的渗透率分布规律,通过计算流体软件FLUENT模拟采空区气体分布规律:(1)采空区内在近工作面区域分别存在氧气高浓度场和瓦斯低浓度场,回风巷一侧的瓦斯浓度高于进风巷一侧;(2)瓦斯浓度在走向方向呈指数形式增高,在倾向方向上,在靠近进风巷、回风巷两侧瓦斯浓度较低,在垂直高度方向上,瓦斯浓度在0~50m内增长较快。确定了瓦斯抽采钻孔或钻井合理的布置方位,揭示了地面钻井产气规律:(1)钻孔或钻井的最佳位置位于距风巷30m处,距煤层顶板0~20m;(2)建立了地面钻井瓦斯抽采流量计算模型,讨论了渗透率和瓦斯抽采半径不同函数关系时,不同区域的瓦斯抽采流量计算公式。在甘肃靖远煤业集团魏家地煤矿工业试验表明,地面钻井布置在合理的位置处,瓦斯抽采效果明显,1#钻井累计抽采纯瓦斯122.487×104m3,2#钻井累计抽采纯瓦斯134.046×104m3,并将2#钻井瓦斯抽采流量值与理论值进行比较,结果相吻合。
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