淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告
图3-7 抽采时间为50d时的瓦斯压力分布
钻孔抽采瓦斯时，煤体中的某点瓦斯压力与抽采负压的压差超过渗流启动压力时，瓦斯开始向钻孔流动，吸附瓦斯解吸为游离瓦斯补充流走的瓦斯，同时更远处的瓦斯也缓慢的向该点扩散。从钻孔边缘至煤体瓦斯压力梯度为0处，就是钻孔抽采瓦斯的影响范围。影响范围额定大小主要由煤体透气性决定，随抽采时间的延长向外延伸，并存在一个极限影响范围。影响范围内达到消除煤与瓦斯突出危险性的区域认为有效，由此可确定有效抽采半径。相关规定对消突指标的确定不一致，《防治煤与瓦斯突出规定》认为残余瓦斯压力小于0.74Mpa或残余瓦斯含量小于8m3/t为突出危险区。《煤矿安全规程》规定以预抽率大于30%为指标。本次数值模拟选择抽采率大于30%为评价指标，煤层瓦斯压力下降30%的等压线位置距离钻孔中心线的距离即为钻孔瓦斯抽采半径。从图3-3、3-4、3-5、3-6、3-7可以看出，随着抽采时间的增加，抽采影响区域逐渐增加。钻孔附近的瓦斯压力衰减范围逐渐向钻孔两帮，煤层深部延伸；沿y轴方向瓦斯压力则沿垂直煤壁向煤层深部呈逐渐衰减趋势。
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淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告 2.5E+06x=30mx=60mx=80m2.0E+061.5E+061.0E+065.0E+050.0E+00-60-50-40-30-20-100102030405060钻孔径向位置(m)煤层瓦斯压力(pa)
图3-8抽采2d时钻孔径向煤层瓦斯压力分布曲线
2.5E+06x=30mx=60mx=80m2.0E+061.5E+061.0E+065.0E+050.0E+00-60-50-40-30-20-100102030405060钻孔径向位置(m)
煤层瓦斯压力(pa)图3-9抽采10d时钻孔径向煤层瓦斯压力分布曲线
2.5E+06x=30mx=60mx=80m煤层瓦斯压力(pa2.0E+061.5E+061.0E+065.0E+050.0E+00-60-50-40-30-20-100102030405060钻孔径向位置(m)抽采影响半径19m有效抽采半径3.8m图3-10 抽采50d时钻孔径向压力分布曲线
图3-8至3-10是不同抽采时间下（2d、10d、50d），不同孔深（横坐标分别为x=30m、
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淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告 x=60m、x=80m）处钻孔径向煤层瓦斯压力分布曲线。由图可知，随着抽采时间延长，钻孔深部（x=80m）附近煤层瓦斯压力基本无变化；x=60m与x=30m处钻孔径向压力变化规律一致，都呈衰减趋势，且50d时的抽采影响范围明显大于抽采2d与10d的范围。图3-10可知，当抽采50d后有效抽采半径为3.8m，抽采影响半径为19m。
图3-8是煤层渗透率为2.22×10-17 m2，抽采负压-8KPa条件下，抽采2d时，沿y轴方向分别为x=30m、x=60m、x=80m处钻孔瓦斯压力分布状况，从图中可以明显看出，在x=80处，由于不在钻孔的抽采卸压范围之内，瓦斯压力值等于煤层原始瓦斯压力。x=60处（即钻孔末端位置），瓦斯压力最低衰减至1.77MPa，相比原始煤层瓦斯压力衰减了11.5%。x=30m处（距离钻孔末端30m位置），瓦斯压力变化最大，最低衰减至1.55MPa，在原基础上衰减了22.5%。由此可知，钻孔周围瓦斯衰减规律为：随着抽采时间的增加，沿钻孔径向向钻孔两帮深部延伸，且越靠近钻孔，瓦斯压力衰减越快，沿煤巷（钻口两侧煤帮），受钻孔瓦斯径向渗流作用、钻孔抽采时间影响，向煤储层深部延伸，且越靠近钻孔衰减区域逐渐扩大，衰减速度越快。
图3-11 抽采4d时钻孔径向瓦斯压力分布曲线
图3-11是煤层渗透率为2.22×10-17 m2，抽采负压-8KPa条件下，抽采4d时，沿x方向分别为y=27m、y=30m、y=35m处（即距钻孔中线线径向距离分别为2m、5m、10m）瓦斯压力分布状况。分析图可知，径向距离2m处瓦斯压力最早出现下降，其次是y=30m与y=35m区域，且y=27m区域瓦斯压力下降幅度大于y=30m、y=35m处区域。这也符合了钻孔周围瓦斯渗流的基本规律，即在钻孔周围卸压区内，由于钻
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淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告 孔施工，使煤层地应力卸载，煤层透气性升高，促使瓦斯流动的趋势加强，但孔周围瓦斯的流动并不受卸压半径的限制，当瓦斯流场到达卸压区边界时会向卸压区外扩展，只是在卸压区外的流动趋势和流场的扩展速度大为减弱，减弱的程度与原始煤层瓦斯参数有关。
3.3.2 抽采负压的影响
构建了三种抽采负压下（-8KPa、-15KPa、-30KPa），钻孔周围煤体瓦斯渗流模型，得出不同抽采负压下钻孔周围煤体瓦斯压力分布见图3-12~3-14。
图3-12负压为-8KPa抽采50d时的瓦斯压力分布
图3-13负压为-15KP抽采50d时的瓦斯压力分布
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图3-14负压为-30KPa抽采50d时的瓦斯压力分布
图3-15是煤层渗透率为2.22×10-17 m2时，不同抽采负压下钻孔抽采量随抽采时间变化规律，可以看出，钻孔瓦斯抽采量随抽采时间增加呈下降趋势，且抽采负压越大，瓦斯抽出量越大，但抽采流量增幅不高。受管路及钻孔密封性的影响，且对抽采设备的要求也有所提高，因而现场提高抽采负压会受到一定限制，想把抽采负压提高很多是比较困难的。因此应根据抽采情况选择合理的抽采负压，根据模拟结果及相关规定，钻孔的抽采负压应保持在-15~30kPa。
0.60.5负压-30KPa负压-15KPa负压-8KPa体积流量(m3/min)0.40.30.20.100102030405060708090抽采时间(d)图3-15 抽采负压对瓦斯抽采量的影响
3.3.3 煤层渗透率的影响
根据煤层渗透率与垂向应力（埋深）关系可知，主煤储层渗透率具有随埋深加大呈指数减小、随煤储层压力增大而减小的趋势。渗透率在相似埋深条件下的变化可高达一个数量级。因此，本次模拟对煤层渗透率的影响研究根据矿井实际情况选择在
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