瓦斯抽放钻孔有效抽放半径的测定

收稿日期: 2009- 05- 09 基金项目: 江苏省高等学校大学生实践创新训练 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ( S2008018) 作者简介: 曹新奇 ( 1987- ) , 男, 湖北随州人, 现在就读于中国矿业大学采矿工程专业。 瓦斯抽放钻孔有效抽放半径的测定 曹新奇1, 辛海会 2, 徐立华 3, 翟 成2, 林柏泉 2 ( 11中国矿业大学 矿业工程学院, 江苏 徐州 221116; 21中国矿业大学 安全工程学院, 江苏 徐州 221116; 31中国矿业大学 信电学院, 江苏 徐州 221116) 摘 要: 通过研究抽放瓦斯钻孔有效抽放半径的测定 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 , 为瓦斯抽放钻孔的布置提供科学 依据, 提高了防突措施的有效性。以平煤十三矿为背景, 以瓦斯抽放钻孔的防突机理为指导, 合 理选择了相对压力指标法进行现场实践。 关键词: 瓦斯抽放; 有效抽放半径; 压力指标法; 含量指标法; 相对压力指标法 中图分类号: TD712+ 16 文献标识码: B 文章编号: 1671- 0959( 2009) 0920088203 0 引 言 我国 200多对突出矿井中, 仅有三分之一的矿井具有 开采保护层条件。随着采掘深度的增加, 由于有些保护层 转变为有突出危险, 使具有开采保护层条件的突出矿井越 来越少, 从而导致矿井突出危险日益严重。预抽煤层瓦斯 是大多数突出矿井采取的防突措施, 有效抽放半径是该措 施的一个重要参数, 直接关系到预抽钻孔密度和预抽时间 的长短, 影响瓦斯抽放的效果。所以, 比较准确地确定该 参数, 对采取预抽瓦斯防治突出具有十分重要的意义。 瓦斯在煤体内的存在状态可分为两种: 吸附状态和游 离状态。钻孔抽放瓦斯就是在岩巷内向煤层打穿透全煤厚 的钻孔, 利用瓦斯抽放泵的抽放压力使游离瓦斯抽出、被 吸附瓦斯解析, 从而使煤体中的瓦斯含量降到安全值以下, 可以在煤层内进行采掘活动, 以达到消突的目的。 目前认为, 煤矿进行瓦斯抽放不仅是降低工作面瓦斯 涌出量, 防止瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出灾害的重要措施, 而且抽出的瓦斯还可以作为新的能源加以开发利用。因此, 从 20世纪 50年代开始, 进行瓦斯抽放得到世界上各主要 产煤国的极大重视, 瓦斯抽放工作得到了较快的发展。 1 瓦斯抽放钻孔有效性抽放半径的测定方法 目前应用的钻孔瓦斯抽放影响半径的测试方法主要有 钻孔测试法和计算机模拟法及二者相结合的方法。在有效 性指标的确定上, 钻孔测试法国内外采用的指标主要有以 下三种: 瓦斯压力指标、瓦斯含量指标、相对瓦斯压力指 标。计算机模拟法主要应用的指标有含量指标和压力指标。 111 压力指标法 用压力指标来测定钻孔的有效半径的方法 : 首先在煤 层打一排测压孔, 如图 1所示 ( 2、 3、 4, , n均为测压孔, d2、d3, , dn为相邻测压孔之间的距离 ); 然后在测压孔上 装入压力表, 再将测压孔封闭严密 , 当压力稳定后在 2号 瓦斯逸散积蓄瓦斯潜能的作用, 在突出时起到了推波助澜 的作用; 采掘活动打破了瓦斯吸附与解析的平衡条件, 岩 巷周围煤体因开挖卸压存在高压解析瓦斯加剧了突出危险 程度; 采掘工作面为煤、岩、瓦斯潜能释放提供了空间。 其中地质构造和构造软煤的发育程度及其空间展布, 对潘 三矿煤与瓦斯突出的发生有着极为重要的影响。在煤与瓦 斯突出防治过程中, 把握矿区突出发生的规律, 准确掌握 大到矿区、矿井, 小到采区、工作面的地质构造、构造煤 分布规律以及地质构造的影响范围是煤与瓦斯突出防治的 重中之重。 参考文献: [ 1] 5煤矿安全手册 (第二篇 ) 6 [M ]. 北京: 煤炭工业出版社, 1994. [ 2 ] 周云霞, 曹代勇, 等. 淮南矿区潘三矿构造发育规律定量研 究 [ J]. 中国煤田地质, 2002, 14( 3 ): 4~ 6. [ 3 ] 刘衡秋, 刘钦甫, 等. 淮南潘三矿区 13- 1煤层空间分布特 征及稳定性研究 [ J]. 煤田地质与勘探, 2004, 32 ( 1): 21 ~ 23. [ 4 ] 孙叶, 谭成轩, 等. 煤瓦斯突出研究现状及其研究方向探讨 [ J]. 地质力学学报, 2008, 14( 2 ): 117~ 1341 [ 5 ] 周为军. 芦岭煤矿煤与瓦斯突出的地质因素分析及防治对策 [ J]. 湘潭师范学院学报 (自然科学版 ), 2009, 31 ( 1 ): 108 ~ 110. (责任编辑 李泽荃 ) 88 研究探讨 煤 炭 工 程 2009年第 9期 孔一侧打抽放钻孔, 为 1号孔, 并在 1号孔进行抽放, 定 期观察测压孔的瓦斯压力。如果 a ( a = 2、 3, , n)号测压 孔以及 a号测压孔之前的测压孔的压力均小于预抽瓦斯有 效性指标 P 0, 而 a号孔之后的测压孔的压力大于 P 0, 那么 d = d1+ d2 + d3 + , , + da - 1, 这里的 d就是钻孔的有效抽 放半径。 图 1 测试钻孔布置示意图 112 含量指标法 煤层的瓦斯含量等于游离瓦斯含量与吸附瓦斯含量 之和: X = Xx + Xy = abP ( 1 + bP ) en( t0- t ) 1 ( 1 + 0131W) (100 - A - W) 100 + VPT0 TP 0N ( 1) 式中 X) ) ) 煤层原始瓦斯含量, m3 / t; Xx) ) ) 煤的吸附瓦斯含量, m3 / t; Xy) ) ) 煤的游离瓦斯含量, m3 / t; V) ) ) 单位重量煤的孔隙容积, m3 / t; P ) ) ) 煤层瓦斯压力, MPa; T0、P 0) ) ) 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状况下绝对温度与压力; T) ) ) 瓦斯绝对温度, K; N) ) ) 瓦斯压缩系数; a、b) ) ) 吸附常数; t0 ) ) ) 测定煤的吸附常数时的实验温度, e ; t) ) ) 煤层温度, e ; A、W) ) ) 煤中得灰分和水分, % ; n) ) ) 系数, 按下式计算: n = 0102 01993+ 01 07P 。 用含量指标来测定钻孔有效半径的方法: 首先在煤层 打一排测压孔 , 如图 1所示, 在每个测压孔装上压力表, 同时按煤层破坏结构分层采取一定的新鲜煤样, 并测得其 相关参数, 包括煤体坚固性系数、煤层瓦斯吸附常数及瓦 斯放散初速度等。根据每个测压孔的煤样参数以及它的瓦 斯压力, 通过 ( 1)式计算可得到该测压孔的瓦斯含量 X2、 X3、X4, , Xn。如果 a ( a = 2、 3, , n)号孔以及 a号测压 孔的的瓦斯含量均大于或等于 30% , 而 a号孔之后的测压 孔的瓦斯含量均小于 30% , 那么 d = d1 + d2 + d3 + , , + da - 1, 这里的 d就是钻孔的有效抽放半径。 113 相对压力指标法 11 311 相对压力指标法的理论依据 5煤矿安全规程6 明确 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 : 预抽煤层瓦斯后, 必须对 预抽瓦斯防治突出效果进行检验, 其检验的指标之一是煤 层瓦斯预抽率大于 30% , 即抽放后的瓦斯含量小于抽放前 的 30%以上 [ 3]。在保证工业应用误差允许前提下, 瓦斯压 力 P和瓦斯含量 X存在着一个抛物线关系。 首先提出用抛物线方程来近似取代煤层瓦斯含量曲线, 即: X = A P ( 2) 式中 X) ) ) ) 煤层瓦斯含量, m3 / t; A) ) ) 煤层瓦斯含量系数, m3 /( t# MPa1 /2 ); P ) ) ) 煤层瓦斯压力, MPa。 因此, 抽放前后瓦斯含量降低的比例和瓦斯压力降低 的比例也是存在抛物线关系的。如果煤层预抽率为 30% , 即残余瓦斯含量为原始瓦斯的 70% , 通过计算知此时残余 瓦斯压力为原始瓦斯压力值的 49% , 瓦斯压力下降量为 51%。相对压力指标法测定钻孔的有效半径就是依据这个 原理来进行的。 11 312 相对压力指标的测定方法 首先在煤层打一排测压孔, 如图 1所示, 在每个测压 孔装上压力表, 记录每个测压孔的原始压力 P 1、P 2、P 3 , , P n; 然后进行抽放。观察各个测压孔瓦斯变化情况, 将瓦斯压力下降到稳定压力 10%以上的钻孔视为抽放影响 范围内钻孔, 将距抽放钻孔最远的一个抽放影响范围内钻 孔到抽放钻孔的距离视为抽放影响半径。 定期观察每个测压孔的瓦斯压力 Pc1、Pc2、Pc3 , , Pcn。根据每个测压孔的原始压力和抽放后的压力, 可以得 到每个测压孔的预抽率。如果 a ( a= 1、2、 3, , n )号孔以 及 a号孔之前的每个测压孔的瓦斯压力下降量都大于或等 于 51% , 而 a号孔之后的测压孔都小于 51% , 那么 d = d1 + d2 + d3 + , , + da - 1, 这里的 d 就是钻孔的有效抽放半 径。 因此, 确定钻孔瓦斯抽放影响半径的指标为瓦斯压力 下降 10%以上, 确定抽放有效半径的指标为瓦斯压力下降 51%以上。 2 现场实践 211 测定方法的选择 十三矿己三采区 13031工作面煤层赋存比较稳定, 煤 层厚 51 8m, 倾角在 6~ 10b之间; 顶底板均为砂质泥岩, 煤 层节理比较发育, 工作面构造较为复杂, 多条断层在采面 发育且落差较大、延伸较长, 对掘进和回采都将造成极大 影响。 由于受煤层地质条件和周围开采扰动的影响, 在测试 煤层参数时瓦斯压力起伏很大, 所以瓦斯压力值和瓦斯含 量值难以实现连续、准确的测试, 使得采用绝对压力指标 法和绝对含量指标法失去了可能性。但是当抽放钻孔作业 时, 其周边的测压孔压力值会相应的降低, 因此, 可以选 用相对压力指标法进行测试。 212 具体布置情况 考虑到整个测试阶段约 50~ 100d, 并且平煤十三矿的 煤层均为低透气性煤层, 所以推测钻孔的有效抽放范围较 小。根据十三矿目前所采用抽放方法的实际情况, 布置抽 89 2009年第 9期 煤 炭 工 程 研究探讨 放观察孔与抽放孔选择 1m、 115m、2m和 21 5m不同间距。 实验钻场分为两组, 分别设在 13031风巷和 13031机巷。钻 场布置观察孔和抽放孔间距情况如图 2和 3。 钻孔施工参数见表 1和表 2。 表 1 13031风巷钻孔施工参数表 钻孔编号 钻孔地点 倾角 / ( b) 水平角 / (b ) 见煤深度 /m 穿煤深度 /m 终孔深度 /m 封孔深度 /m 1 - 1# 风巷高位巷皮带机头 向里 42m处 - 39 0 21 313 2413 11 1 - 2# 风巷高位巷皮带机头 向里 43m处 - 39 0 17 218 1918 13 1 - 3# 风巷高位巷皮带机头 向里 45m处 - 37 0 20 313 2313 12 1 - 4# 风巷高位巷皮带机头 向里 4615m处 - 37 0 20 317 2317 14 1 - 5# 风巷高位巷皮带机头 向里 4715m处 - 37 0 18 215 2015 12 表 2 13031机巷钻孔施工参数表 钻孔编号 钻孔地点 倾角 / ( b) 水平角 / (b ) 见煤深度 /m 穿煤深度 /m 终孔深度 /m 封孔深度 /m 2 - 1# 机巷高位巷皮带机头 向里 60m处 - 40 0 1915 313 2218 16 2 - 2# 机巷高位巷皮带机头 向里 6215m处 - 40 0 20 313 2313 16 2 - 3# 机巷高位巷皮带机头 向里 6315m处 - 40 0 23 313 2613 14 十三矿钻孔施工要求: 1) 钻孔必须施工在同一水平线上, 测压钻孔孔径为 5 75mm, 所有钻孔均穿过煤层并进入顶板 11 5m以上; 2) 先施工测压孔, 施工钻孔时岩石段用水辅助排渣, 在干孔中取煤样做实验室分析; 3) 施工完测压孔后立即进行封孔, 施工完后等测压孔 压力均稳定后, 施工抽放孔, 抽放孔倾角及挂孔高度与测 压孔一致, 将抽放孔进行抽放, 并详细记录抽放参数及测 压孔瓦斯压力随时间变化情况。 3 结 论 通过记录的数据参照相对压力指标法的标准可以分析 得出瓦斯抽放钻孔有效抽放半径和影响范围, 避免了在设 计抽放钻孔布置过程中出现空白带和钻孔的无效重叠, 提 高了钻孔的施工质量, 有利于提高煤层瓦斯的抽放率, 大 大了降低矿井的突出危险性。上述研究 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 对于指导平煤 十三矿瓦斯抽放和防突工作具有十分重大的意义, 其它矿 井可根据具体情况, 选择合适的测定方法确定钻孔有效抽 放半径。 参考文献: [ 1 ] 周世宁, 林柏泉. 煤层瓦斯赋存与流动理论 [M ]. 北京: 煤炭工业出版社, 1999. [ 2 ] 国家煤矿安全监察局. 煤矿安全规程 [M ]. 北京: 煤炭工 业出版社, 2001. [ 3 ] 徐三民. 确定瓦斯有效抽放半径的方法探讨 [ J]. 煤炭工 程师, 1996, ( 3 ): 43~ 45. (责任编辑 李泽荃 ) 90 研究探讨 煤 炭 工 程 2009年第 9期