负压对瓦斯抽采的作用机制探讨影响煤层瓦斯抽采效果的内在因素主要有瓦斯压力、瓦斯含量、煤层渗透率等，外在因素主要有抽采负压、钻孔直径、钻孔长度、封孔质量等。其中抽采负压作为抽采参数选择的一个重要因素，其在瓦斯抽采过程中的作用机制是什么，仍然没有清晰的认识。郑吉玉等现场实测了不同负压下的钻孔瓦斯浓度，并通过浓度分析确定了合理的孔口负压。杨宏民等研究了抽采负压与纯流量之间的关系，并提出了最优的孔口负压。尹光志等进行了钻孔抽采瓦斯三维数值模拟，认为负压对钻孔瓦斯抽采的影响不明显。我国《瓦斯抽采达标暂行规定》第十五条和《防治煤与瓦斯突出规定》第五十条均规定瓦斯抽采钻孔孔口负压不得小于13kPa。程远平等通过建立考虑基质瓦斯拟稳态扩散、裂隙瓦斯渗流、渗透率演化及煤体变形的瓦斯运移气固耦合模型，采用ComsolMultiphysics软件对抽采过程中煤层瓦斯运移规律及扩散和负压作用对瓦斯流动的影响研究，本文就其研究过程及结果进行简要分析。1初始模型建立几何模型包括煤层及其顶、底板，煤层长×高为40m×5m，顶、底板长×高为40m×10m。施工半径为0.06m、间距为10m的4个瓦斯抽采钻孔。如图1所示。模拟时在煤层内定义瓦斯运移模型，在整个求解域内定义固体变形模型。对于变形场，求解域顶部为恒定载荷边界，左右两侧为滚轴边界，底部为固定边界，初始时刻的位移为0；对于瓦斯运移场，煤层四周为零流量边界，钻孔边界为恒压边界，初始基质瓦斯压力和裂隙瓦斯压力均为2MPa。2对抽采煤层瓦斯的影响在同一渗透率、同一扩散系数下，分别就抽采负压为8kPa、13kPa、25kPa时渗流率差值进行计算，如图2所示。从图2中可以看出3种情况下渗流率的差值均很小，仅为0.76×10-2～3.×10-2g/(m3·d)，表明提高负压所能增加的抽采纯瓦斯量很小，反之适当降低抽采负压减少的抽采瓦斯量也很小。除初期一小段时间外，渗流率差值随时间增加不断减小且后期逐渐趋于平稳，即单位时间内高负压比低负压多抽出的瓦斯量不断减小，表明负压的作用逐渐减弱。为了评价单位负压的抽采效率，对比增加单位负压引起的渗流率增加量。当抽采8.5d、d、d时，负压从8kPa增加至13kPa单位负压的渗流率增量最大，分别为2.41×10-3g/(m3·d)、1.62×10-3g/(m3·d)、1.52×10-3g/(m3·d)；而负压从13kPa增加至25kPa单位负压的渗流率增量最小，分别为2.19×10-3g/(m3·d)、1.47×10-3g/(m3·d)、1.38×10-3g/(m3·d)。表明在低负压下增加单位负压的抽采效果更明显，或者说在低负压下增加单位负压的抽采更加经济和有效。3对漏风的影响瓦斯抽采过程中负压不仅仅影响着煤层内瓦斯的流动，也影响着钻孔周边裂隙内漏风风流。图3为井下顺层钻孔瓦斯抽采及漏风示意图。随着抽采时间增加，一方面抽采负压的作用逐渐减弱，较大的抽采负压对抽采瓦斯的贡献较小，为了满足受力平衡，较大的负压主要用于抽取从钻孔周边裂隙涌入钻孔的空气，从而漏风量逐渐增大；另一方面，受抽采钻孔动压的扰动及煤基质收缩的影响，钻孔周边裂隙逐渐发育，漏风阻力不断减小，因而漏风量也逐渐增大。4结论①抽采负压的作用是给裂隙游离瓦斯流入钻孔的动力，裂隙瓦斯流出后再形成基质与裂隙瓦斯压力差，从而达到抽采瓦斯的目的。②随瓦斯抽采时间增加，负压的作用不断减弱，对瓦斯流动的贡献不断减小，导致漏风相对严重。抽采的后期应该降低抽采负压以减少漏风。参考文献：程远平,董骏,李伟,陈明义,刘坤.负压对瓦斯抽采的作用机制及在瓦斯资源化利用中的应用[J].煤炭学报,,42(06):-.
作者丨张礼北京煤科院
编辑丨吴江杰重庆大学
审核丨凌发平重庆大学
1.孔隙特征测试——小角散射
2.煤与瓦斯突出的演化流程
3.煤中官能团分析方法——红外光谱解析
4.孔隙特征测试——氮气吸附法
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
