割缝排放低透气性煤层瓦斯过程的数值试验

1、Word文档 割缝排放低透气性煤层瓦斯过程的数值试验 1引言 5 50 抗压强度均值0/MPa 130 300 泊松比 0.25 0.20 容重/10-5Nmm-3 1.33 2.67 摩擦角/（） 25 30 强度压拉比 20 10 强度衰减系数B 0.1 0.3 透气系数/m2（MPa2d）-1 1 0.001 瓦斯含量系数A 1 0.01 孔隙瓦斯压力系数 0.3 0.1 耦合系数 0.1 0.2 （1）当在煤层中割缝进行瓦斯排放时，随着时间的延长，煤层中的瓦斯在较高的瓦斯梯度作用下形成了瓦斯渗流场。由于现场工作时间的要求，在数值试验的4d排放时间内，瓦渗流场还未能由非稳定渗流状态达到稳

2、定渗流状态。但已经可以看出随着时间的延长，煤层中瓦斯的压力梯度变化率不断降低，曲线渐渐走缓，流场趋于稳定的趋势。 （2）在瓦斯排放过程中，随割缝长度的增加，煤层受瓦斯预排放的影响范围显著增大，卸压带范围显示增大。当割缝长为3m时，当割缝完成并连续排放瓦斯0.6d时，在割缝范围内，煤层内的平均瓦斯压力已经降至0.85MPa，比初始瓦斯压力下降52.7%；当瓦斯排放时间达到4d时，割缝范围内平均瓦斯压力降至0.319MPa，与煤层内初始瓦斯压力相比，下降82.3%。当割缝长度增加为7.5m时，割缝完成并连续排放瓦斯1d后，在割缝的范围内，煤层内瓦斯压力已经平均降至的瓦斯突出临界值0.74MPa，比

3、初始瓦斯压力下降59%。 当瓦斯排放时间达到4d时，在割缝范围内的平均瓦斯压力降至0.363MPa，与煤层内初始瓦斯压力相比，下降80%，同时卸压带范围扩大为缝长3m时的205倍，突出危急显著降低。数值试验的结果反应出，在采煤工作开头之前，提前进行煤层内瓦斯的预排放，可以有效地降低煤层内瓦斯压力，使煤与瓦斯突出的可能性大幅度下降。 图3割缝时煤层内瓦斯渗流状况 （3）当在煤层中割缝进行瓦斯预排放时，裂缝在煤体中起到了爱护层的作用，增大了煤体中瓦斯排放的表面积，使得煤层内的瓦斯得到了比较充分的排放。特殊是当缝长为7.5m时，割缝过程扰动煤层，使一些煤体单元在瓦斯压力和地应力的作用下中产生破坏，裂

4、隙增多，使煤层的透气性增加，增大了瓦斯的排放效率。同时，由于煤层内瓦斯压力的渐渐降低，由瓦斯作用引起的煤体单元破坏渐渐削减，在其他采动影响产生之前，煤层中的应力分布趋于稳定，没有明显的煤层垮落行为。 5结论 本文运用RFPA2D-Flow对在低渗透性含瓦斯煤层中进行水力割缝预排放瓦斯的过程进行了数值试验，再现了煤瓦斯排放过程中的瓦斯压力和渗流场的分布规律，结果表明：（1）在割缝排放瓦斯的过程中，煤层内瓦斯压力梯度的分布状态得到了显著的改善，煤层内的瓦斯渗流场逐步趋于稳定，减小了突出危急。（2）增大了瓦斯排放的有效面积，使得瓦斯排放量显著增加，提高了排放效率。 含瓦斯煤岩中的瓦斯排放始终是影响煤

5、矿平安生产的国内外难题，对瓦斯进行预排放的主要目的是降低煤层中瓦斯压力，减小突出危急。通过对煤层割缝进行预排放过程进行数值试验讨论证明，数值试验的结果，特殊是瓦斯渗流场的分布规律，基本和现场实测状况相符合，可以认为采纳割缝技术能够有效地实现煤层的卸压排瓦斯作用，且比现用的密布钻孔排放方式能够更好的实现瓦斯预排放的目的。同时，通过数值试验，可以对含瓦斯煤岩的割缝过程中的力学性质及渗透气的演化规律进行细观上的分析和讨论，为进一步理解瓦斯排放、煤与瓦斯突出机理等供应理论基础和科学依据。因此可以认为利用有限元方法对煤层割缝排放瓦斯过程进行数值试验并进行分析是一种可行的方法。但是，割缝排放煤层瓦斯是处于三相应力等简单应力状态下的固、气、液多相介质耦合过程，而受到微机计算力量的限制，本文所争论的数值试验是在二维条件下对含瓦斯煤层割缝过程中内部力学性质和渗透性的初步的