穿层钻孔瓦斯径向流动的数值模拟与应用研究

瓦斯模拟

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　　　　　　　　　　　　　矿

MiningEngineering

　业　工　程　　　　　　　　　　　　　　　

第4卷　第4期

2006年8月

穿层钻孔瓦斯径向流动的数值模拟与应用研究

李树辉　戴广龙

(安徽理工大学,安徽淮南232001)

　　摘要:在煤层穿层钻孔瓦斯径向流动中,根据实测穿层钻孔的自然流量数据,运用径向流量法和煤层

透气性系数优化算法对煤层透气性系数进行计算,为煤矿开采和建设提供准确的基础数据,从而实现煤矿的安全生产。

关键词:透气性系数;径向流量法;煤层瓦斯流动中图分类号:TD71213　　文献标识码:A　　文章编号1671-(-02

,而A与B的值根据。0B

:

151(2)　　A=;　B=2

παr22L(P20-P1)

式中　Q———时间为t时的钻孔瓦斯流量,m3/d;L———煤孔封孔长度,m;P0———原始煤层瓦斯压力,MPa;P1———钻孔排瓦斯时的压力,一般为011MPa;t———从瓦斯排放到测量瓦斯流量的时间间隔,d;α———煤层瓦斯含

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量系数,m/(m MPa);r———钻孔半径,m。

0　引言

,。,采用钻孔径向,不但可以不受煤层条件限制,而且实用性好。本文根据透气性系数测定的理论和方法,采用优化算法计算出穿层孔煤层的透气性系数。从而为瓦斯的防治提供准确的技术参数,确保矿井的安全建设和生产。

2　透气性系数的优化算法

λ可导出A、B与Y、F0的关系为:由Y=A/λ、F0=B

1+b

(3)　　　　AB=cF0

根据资料[5],A、B与F0有确定的对应关系。由于A、B是由实际测定的参数确定的,在计算出透气性系数λ之前A和B的值已经确定

。所以由式(3)根据F0的取值区间和在该区间内对应的c、b值,直接计算出AB值的区间。

依据式(3)和表1,可以直接得出煤层透气性系数λ的计算公式所分别对应的F0和A、B取值区间,这样就可以根据A、B值查表2,确定计算公式,直接计算出透气性系数λ。

1　钻孔径向流量法

径向流量法的基础是煤层瓦斯的径向不稳定流动理论。研究表明瓦斯在煤层中流动遵循达西定律,对煤层瓦斯流动作适当的假设,应用达西定律和质量守恒的普遍准则,可导出钻孔瓦斯径向流动的微分方程。它是一个二阶非线性抛物线方程,不能用数学方法求得解析解。应用计算机可求得具体参数下数值解,然后用相似理论,将计算结果用无量纲准数整理成描述钻孔瓦斯径向流动一般规律的公式,据此规律式和一些可测参数可计算煤层透气系数,这就是钻孔径向流量法无量纲理论,煤层瓦斯径向流动的主要无量纲相似准数有流量准数Y与时间准数F0,两者的关系为:

b

(1)　　　　Y=cF0

由于关系复杂性,对于F0的不同取值范围,c与b的

3　优化算法实际运用

根据现场测得淮南矿物局潘集矿穿层孔计算所需原始数据为:

———卸压前:P0=411MPa,α=6114m3/(m3 MPa015);

———卸压后:P0=0151MPa,α=7145m3/(m3 MPa015),P1=011MPa,L=513m,r=01075m。

收稿日期:2006-01-13

作者简介:李树辉(1981-),男(汉族),四川资阳人,安徽理工大学在读硕士研究生。

Applicationofdirectionlessguidelineinsurveyworkincoalmine

MENGJing2feng1,JIJing2

(11YimaCoalMiningCorporation,Yima472300;21HenanUniversityofTechnology,Jiaozuo454000,China)

　　Abstract:Usingdirectionlessguidelinetomarkthecenterlineoftunnelhassolvedthedifficultyofno2intervisibilitybetweenguidelinepoints.Themethodcanalsosavetimeandmanpowerinroutinesurveyworkinundergroundcoalmine.

Keywords:directionlessguideline;surveyincoalmine;application

瓦斯模拟

2006年第4期　　　　　　　　　李树辉等　穿层钻孔瓦斯径向流动的数值模拟与应用研究　　　　　　33

表1　煤层透气性系数优化计算

时间准数F0

10-2～1

1～1010～102102～103103～105105～107

系数c

1101871897016752840151013601340847

------

指数b

013800000125508201195548011400460109945401064429

A、B的取值区间<1110～51565156～3514335143～256164256164～16233163

>16233163

透气性系数λ

A1161B0161A1134B01341119A1124B01241158A1116B01162111A1111B01113116A1107B0107

　　根据实测数据和T时刻的瓦斯流量值,计算出A、B值,采用透气性系数的优化算法计算出煤层透气性系数,计算结果见表2。整个透气性系数的变化模拟曲线见图1。而如图2是充分卸压前的透气性系数变化模拟曲线。

表2　瓦斯抽放时间与透气系数关系

抽放时间

/d217851568133111111318916167191442212225100271783015633133361113818941167441444712250100T时刻流量/L min-1

116

00111121516151815191615181516151715121513151115141814171414煤层透气性系数

/m2 (2 d)

0100428801092746010959730109830110045171529755715105747164375271444939715656477151697871518585714601667145377771331066图1　煤层透气性系数的变化曲线

图2　充分卸压前煤层透气性系数的变化曲线参考文献:

[1]　周世宁,林柏泉1煤层瓦斯赋存与流动理论1北京:煤炭工

业出版社,1999-011[2]　周世宁,孔辑正1煤层瓦斯流动理论及其应用1《煤炭学

报》,19651[3]　周世宁1瓦斯在煤层中流动的机理1《煤炭学报》,1990

(1)1

[4]　刘明举1煤层透气系数计算存在的问题及其解决办法1《焦

作工学院学报》,1997(2)1[5]　刘明举,何学秋1煤层透气性系数的优化计算方法1《煤炭

学报》,2004(1)1

4　

结语

从图1、2

中可以看出,煤层的透气性系数卸压前在小

范围内有所减小,后随着工作面的推进,其系数逐渐增大,在没有充分卸压前的一段时间里变化越来越大,直到充分卸压时突然达到最大值,但随着煤层的充分卸压,煤层透气性系数趋于平稳,其变化幅度很小。可以看出其变化规律和煤层实际的透气性系数随时间的变化规律很相近。由此,运用煤层透气性系数的优化算法,减小了原有算法的步骤,提高了运算的效率,是一种简便的透气性系数的计算方法。

Studyofdatasimulationofgasradialflowinginlayer2throughboring

LIShu2hui,DAIGuang2long

(AnhuiUniversityofTechnology,Huainan232001,China)

　　Abstract:Inthecaseofgasradialflowinginlayer2throughboring,thecoallayerπsgaspermeabilitycoefficientiscalculatedusing“RadialFlowMethod”and“OptimizingMethod”.Theexactcalculationisbasis

datumforcoalminingandsaferunningofthemine.

Keywords:gaspermeabilitycoefficient;RadialFlowMethod;gasflowingincoallayer