引  言

煤层瓦斯是影响当前煤矿安全生产的重大隐患。瓦斯抽采可以有效防治瓦斯灾害，通过抽采可大幅降低煤层中的瓦斯含量，减少开采过程中的瓦斯涌出，提高煤矿生产的安全性；同时，抽采出来的高浓度瓦斯还可以加以利用。目前，在煤层中瓦斯渗流规律与治理方面，程卫民等在遗煤自燃与瓦斯爆炸耦合灾害致灾特性研究的基础上，分析了耦合灾害发生原因、判定原理和判定方法，研究了综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域的空间分布规律；王登科等以原煤为研究对象，开展了含瓦斯煤的各向异性渗流规律的研究，重点分析了含瓦斯煤渗透率各向异性动态变化规律和瓦斯优势流动方向的转变现象；张冲等通过试验测定了三轴加载条件下煤体的瓦斯渗流速度及温度联合响应规律，研究了瓦斯渗流速度及温度与突出煤失稳破坏之间的关系；王刚等采用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验系统，研究煤岩在变轴压加载下的变形破坏和瓦斯渗流演化规律，对比分析了甲烷吸附在真三轴应力环境中对煤体变形和渗透率等影响的作用机理。

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。

                             

3.1 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。