1 煤层概况及有效抽采半径确定依据1. 1 煤层概况
乌东煤矿位于乌鲁木齐东北部，可开采煤层中43号煤层的煤层倾角43°～45°，总厚27.88 m，煤层初始透气性系数0.27 m2 / (MPa2·d)，孔隙率4.55%。在煤层采掘过程中，瓦斯积聚、瓦斯浓度超限等现象严重威胁该煤矿的安全生产。瓦斯抽采作为解决煤层中瓦斯灾害的有效手段，其有效抽采半径的确定以及影响瓦斯有效抽采半径的因素成为急倾斜煤层优化钻孔布置的重要问题。1. 2 钻孔有效抽采半径判定依据
抽采影响半径指抽采钻孔在一定的抽采负压条件下抽采一定时间所能影响到周边煤体的区域半径，影响区域随时间的推移会逐渐增大至稳定到一个数值。根据我国《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》，突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到始突深度的瓦斯含量以下或煤层的瓦斯压力降到始突深度的瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8 m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下；对于瓦斯涌出量主要来自开采层的采煤工作面还应以可解吸瓦斯含量为标准来判别抽采是否达标。乌东煤矿43号煤层在0.1 MPa大气压下的瓦斯含量为不可解吸含量，根据6号煤层瓦斯吸附常数、工业分析数据，采用修正的Langmuir方程计算瓦斯压力。
2 急倾斜煤层瓦斯抽采范围数值模拟2.1 数值模型构建
急倾斜煤层钻孔瓦斯抽采是十分复杂的物理过程，由于煤层的非均质性，以及地应力等因素的影响，瓦斯在煤层中的运移规律非常复杂。为简化数值模型的计算量，在数值模拟中将煤体视为瓦斯压力均匀分布的线弹性多孔介质体，煤层中瓦斯视为理想气体，忽略温度变化带来的影响，煤层中瓦斯解吸和吸附过程遵从Langmuir方程。2.2 数值模拟结果分析
不同抽采时间下钻孔周围瓦斯压力分布如图3所示。X、Y方向分别代表钻孔平面水平、铅直方向以钻孔中心为原点向两边增加的抽采距离，由于抽采范围呈现对称性，且钻孔中心为原点，为方便计算和分析，定义钻孔中心到煤层瓦斯压力0.5 MPa处为该方向上有效抽采距离。
3 数学模型构建3.1 基本假设及条件
为简化数学模型并突出研究重点，做出以下假设：
1) 煤层顶底板为不渗透且不含气体的围岩。
2) 钻孔周围的原始气压均匀分布，并且煤层中的原始瓦斯压力、瓦斯含量和温度在相同水平上保持一致。
3) 将瓦斯视为理想气体，并将瓦斯流动过程视为等温过程，遵循理想气体状态方程式。
4) 吸附气体符合Langmuir方程，可忽略煤层吸附气体的分析时间。
5) 煤层瓦斯渗流速度低，煤层瓦斯流量服从Darcy定律，钻孔周围煤层渗透率各向同性，渗流过程符合质量守恒。
6) 忽略沿钻孔方向的轴向气流，将钻孔周围的气流场视为轴对称径向流场。3.2 煤层钻孔有效抽采范围的确定
以钻孔周围的圆形区域作为假设有效抽采范围，以圆柱体外任意薄壁单元为例，钻孔半径为x0，钻孔沿轴线的长度为L，壁厚dx，X方向实际有效抽采距离为x，如图4所示。
4 现场实测4.1 测试方案与设计4.2 测试结果与分析
5 结论
1)通过数值模拟得到急倾斜煤层瓦斯钻孔有效抽采范围随时间变化规律，有效抽采范围随时间的增加在X方向与Y方向上有效抽采距离出现差异，且随着时间的增加，差异逐渐加大。
2) 对急倾斜煤层钻孔周围地应力状态进行分析，认为钻孔周围受力状态的变化影响钻孔平面X方向与Y方向上渗透率的变化，进而导致影响抽采范围出现差异。
3) 建立急倾斜煤层瓦斯平衡动态方程，解算出急倾斜煤层垂直钻孔方向二维截面内有效抽采范围，并设计瓦斯抽采方案对乌东煤矿43号煤层进行测试，得到急倾斜煤层瓦斯实际抽采距离，与数值模拟与数学模型得到的结果相比误差在5%以内。
引用格式
王 刚，李怀兴，常 博.急倾斜煤层瓦斯钻孔有效抽采范围的精准确定[J].煤炭科学技术，2021，49(5):91- 99.
