预抽条件下软、硬煤残余瓦斯含量差异性研究

《防治煤与瓦斯突出规定》第四十二条要求,区域预测和效果检验一般根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法进行。在现场实践中常把煤层瓦斯含量作为区域预测和效果检验指标。然而许多矿井煤层中含有一定厚度的软煤分层,在对防突措施效果检验时会出现硬煤消突而软煤未消突的现象。防突效果检验时瓦斯含量测定布置具有一定的盲目性,抽放钻孔设计时也常忽略这点。鉴于此,本文采用实验室实验的方法研究软煤和硬煤微观孔隙、渗透率的差异及不同吸附压力下两者瓦斯含量的差异;在此基础上,采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究抽放条件下软、硬煤残余瓦斯含量的差异性。 利用压汞实验分析了软煤和硬煤孔径分布特征,结果表明软煤孔隙体积主要分布在孔径大于100nm段,孔隙体积平均直径为375.8nm;硬煤孔隙体积主要集中在孔径大于10000nm段,孔隙体积平均直径为90812.7nm。煤的孔隙中存在口小腔大形状的“墨水瓶孔”,此类孔软煤比硬煤更发育。低温氮吸附实验表明软煤和硬煤微孔的表面积差异很大,分别为25.468m2/g、1.285m2/g。对甲烷的等温吸附实验表明,软煤的吸附能力更强,其差异主要集中在1MPa以下,在数值上表现为软煤的Langmuri压力更大。三维渗透实验表明软煤和硬煤的渗透率随围压的增加都呈负指数规律变化,但硬煤的渗透率远远大于软煤渗透率。 通过构建的预抽条件下瓦斯运移方程,结合软、硬煤物理参数,利用Comsol软件对试验矿井不同抽放条件下残余瓦斯含量进行了数值模拟。结果表明,当钻孔间距大于2m或距软分层距离大于1.5m时,软煤残余瓦斯含量大于硬煤;当钻孔间距小于2m且距软煤分层距离小于1.0m时,软煤残余瓦斯含量小于硬煤残余瓦斯含量。