固流耦合模拟研究：近水平远距离保护层开采卸压边界分析

"该研究基于固流耦合理论，对某矿东四采区11-2煤层作为保护层，远距离下开采时对13-1煤层的卸压保护边界进行了数值模拟分析。研究发现，当前采用的前苏联细则关于近水平煤层卸压角的规定过于保守，可能存在扩大保护边界的可能。该成果对于优化近水平煤层条件下的保护层开采具有指导意义。" 在煤矿瓦斯治理中，开采保护层是防止煤与瓦斯突出的重要手段，而其关键在于确定被保护层的有效卸压范围。肖家平、周波和韩磊的研究针对这一问题，运用固流耦合理论进行深入探讨。固流耦合理论是一种考虑固体应力与流体流动相互作用的理论，适用于分析煤层开采过程中煤岩力学状态和瓦斯流动的变化。 在研究中，他们选取了11-2煤层作为保护层，13-1煤层作为被保护层，两煤层之间平均间距72米。17171(1)工作面作为开采点，其走向长度809米，倾向长度215米，平均倾角7度，埋深690至752米。13-1煤层的原始瓦斯含量和压力较高，对安全开采提出了挑战。 研究人员通过数值模拟分析了11-2煤层开采后13-1煤层的卸压情况，发现现有的卸压角规定可能过于谨慎，这暗示着在大规模底板穿层钻孔抽采的情况下，实际的卸压范围可能比预计的更大。这对制定更为精确的保护层开采策略有重要意义，可以避免过度保守的安全边界设定，提高煤炭资源的利用率，同时保障开采过程中的安全性。 在研究方法上，固流耦合理论的应用涉及到煤的应力-应变关系以及流体压力的影响。通过平衡方程（1）和几何方程（2），研究人员能够计算出煤层在开采过程中的应力分布和变形情况，进一步评估瓦斯的流动特性。这样的数值模拟有助于理解和预测煤层开采后的动态变化，为制定合理的保护边界提供了科学依据。 这项研究不仅揭示了固流耦合理论在近水平煤层保护层开采中的应用价值，还对现有卸压边界设定提出了新的思考，为今后类似的矿井瓦斯治理和安全开采提供了新的理论支持和实践参考。