采动裂隙椭抛带动态演化及煤与甲烷共采

李树刚,林海飞,赵鹏翔,肖 鹏,潘红宇

(西安科技大学能源学院,陕西西安 710054)

采动裂隙椭抛带动态演化及煤与甲烷共采

李树刚,林海飞,赵鹏翔,肖 鹏,潘红宇

(西安科技大学能源学院,陕西西安 710054)

为研究采动覆岩裂隙演化及其中瓦斯的运移规律,通过物理相似模拟及数值模拟发现,煤层开采后采动覆岩裂隙形态可用椭抛带来表征。基于岩层控制关键层理论,建立了考虑采高及第一亚关键层与煤层顶板间距的采动裂隙椭抛带动态演化数学模型。运用环境流体力学,传质学,渗流力学,采动岩体力学等理论,得到采动煤体应力与卸压瓦斯渗流,纵向破断裂隙区瓦斯升浮,以及横向离层裂隙区瓦斯扩散等方程,构建出椭抛带中卸压瓦斯渗流-升浮-扩散综合控制模型。分析了椭抛带卸压瓦斯抽采机理,提出相应的煤与甲烷共采技术。通过山西天池煤矿抽采卸压瓦斯的现场实践,说明采动裂隙椭抛带是卸压瓦斯的储运区,将瓦斯抽采系统布置其中,可取得良好效果。

椭抛带;煤与甲烷共采;瓦斯渗流-升浮-扩散;高抽巷

瓦斯是煤层演化过程中的伴生产物,其主要成分是甲烷,主要以吸附状态储集在煤体表面及孔隙中[1]。甲烷集利害于一身,一方面威胁矿井安全生产,另一方面又是清洁,高效资源[2-3]。开发利用煤层甲烷对改善矿井瓦斯事故频发的局面,优化能源结构及发展国民经济具有积极作用[4-5]。我国大部分矿区煤层瓦斯赋存具有“三高三低”的特征[4-6],尤其是低渗透性使煤层瓦斯预抽效果不甚理想,故以采动卸压瓦斯抽采为主。……