煤层钻孔（精选9篇）
煤层钻孔 篇1
摘要：煤层真厚度是评价煤炭资源储量的一项重要指标。系统的总结了传统方法在计算煤层厚度时的4种情况, 并对斜孔钻进, 钻孔倾向不垂直于煤层走向, 且钻孔与煤层顶底板不垂直的情况进行了详细的推导。在此基础上, 将钻孔穿煤层的关系重新分为8类, 提出了改进的煤层真厚度的计算方法, 并通过实例论证了改进后的方法较传统方法具有一定的优越性。
关键词：真厚度,传统方法,改进后的方法
煤层真厚度是评价矿产资源储量和煤层各种性质的一项重要参数, 但由于受客观条件的限制, 实际工作中很难通过实测直接获得。目前, 关于计算地层真厚度的计算公式及相关论文较多, 各种公式和参数的选择也不尽相同, 且各计算方法在计算前都必须对几何图形作繁杂的判断。本文对传统公式中钻孔为斜孔且与煤层顶底板不垂直, 钻孔倾向不垂直于煤层走向的情况进行了详细的推导, 在传统公式的基础上提出了改进后的计算煤层真厚度公式。文章将钻孔截穿煤层的情况分为8种, 归纳出了适用于各种情况的公式, 并举例证明了改进后的公式较传统公式不必考虑正负号的选取, 且计算结果不会出现负值。
1 两种计算方法
图1为煤层的一部分, 其左、右两面分别为煤层的顶、底板 (假设煤层的顶、底板平行) , 下面为水平切面, 前面为煤层的倾向断面。
设定参数如下:m为煤层的真厚度;L为钻孔取芯长度;α为钻孔倾角;δ为钻孔天顶角;β为煤层倾角;γ为钻孔截穿煤层处煤层倾向与钻孔倾向之间方位角的夹角;υ为钻孔截穿煤层处煤层倾向与钻孔倾向之间的夹角 (锐角) 。
1.1 传统方法公式推导
传统方法是指由侯德义主编的《找矿勘探地质学》[1]及叶松青、李守义等主编的《矿产勘查学》[2]中所述公式。《找矿勘探地质学》中分以下几种情况计算煤层厚度:①钻孔垂直煤层;②直孔钻进, 且钻孔与煤层成角度截穿;③斜孔钻进, 钻孔倾向垂直煤层走向, 且与煤层斜交;④斜孔钻进, 钻孔倾向不垂直于煤层走向, 且钻孔与煤层顶底板不垂直。前3种情况较为简单, 本文中不作赘述, 现对第4种情况的公式进行推导, 第4种情况又分为钻孔倾向与煤层倾向相反及钻孔倾向与煤层倾向相同两种情况, 具体推导过程如下:
由图1可知, ∠AEF、∠AEB、∠AGD、∠ECF均是直角, 故:
i钻孔倾向与煤层倾向相反 (图1a)
m=AG=AD·sinβ, 又AD=BC, 故有
ii钻孔倾向与煤层倾向相同 (图1b)
m=AG=AD·sinβ, 又AD=BC, 故有
综合i、ii两种情况的推导结果可得出煤层厚度计算的传统公式为:, 钻孔倾向与煤层倾向相反时取“1”, 钻孔倾向与煤层倾向相同时取“2”。
斜孔钻进, 钻孔倾向不垂直于煤层走向, 且钻孔与煤层顶底板不垂直时, 使用传统公式计算煤层真厚度, 需要根据钻孔截穿煤层的情况, 判断钻孔倾向和煤层倾向是否相同, 进而采用不同的计算公式。分析第ii种情况可知, 当钻孔倾向与煤层倾向相同时, 假设δ=308, β=458时, , 与实际情况相矛盾。
1.2 改进后的方法公式推导
钻孔穿过煤层可分为以下几种情况:①钻孔垂直穿过煤层顶底板;②直孔, 钻孔无倾向;③钻孔为斜孔且与煤层顶底板不垂直, 钻孔倾向与煤层走向垂直且与煤层倾向相反;④钻孔为斜孔且与煤层顶底板不垂直, 钻孔倾向与煤层走向垂直且与煤层倾向相同, 钻孔倾角小于煤层倾角;⑤钻孔倾向与煤层走向垂直且与煤层倾向相同, 钻孔倾角大于煤层倾角;⑥钻孔为斜孔且与煤层顶底板不垂直, 钻孔倾向与煤层走向不垂直且与煤层倾向相反;⑦钻孔为斜孔且与煤层顶底板不垂直, 钻孔倾向与煤层走向不垂直且与煤层倾向相同, 钻孔倾角小于煤层倾角;⑧钻孔为斜孔且与煤层顶底板不垂直, 钻孔倾向与煤层走向不垂直且与煤层倾向相同, 钻孔倾角大于煤层倾角。
经分析可知, 后3种情况中包含前面的5种情况, 前者是后者中的特例。根据钻孔与煤层倾斜之间的关系, 煤层 (真) 厚度的计算可以概括为图1所示的3种情况。具体推导过程如下:
由图1a可知, ∠AEF、∠AEB、∠AGD、∠ECF均是直角, 故:
i钻孔倾向与岩层倾向相反 (图1a)
m=AG=AD·sinβ, 故有
ii钻孔倾向与岩层倾向相同, 且钻孔倾角小于煤层倾角 (图1b)
iii钻孔倾向与煤层倾向相同, 且煤层倾角小于钻孔倾角 (图1c)
m=AG=AD·sinβ, 故有
通过以上3种情况的分析, 可将煤层厚度计算公式归纳为如下形式:
钻孔倾向垂直于煤层走向时, γ=0°或者γ180°
钻孔为直孔时, α=90°, 钻孔无方位角,
钻孔垂直穿过煤层顶底板, α+β=90°, γ=180°
经推导可知钻孔倾向垂直煤层走向、钻孔为直孔、钻孔垂直穿过煤层顶底板的情况, 即改进后的公式同样适用于①-⑤的情况。
综合上述公式可知改进后的公式:, 适用于钻孔截穿煤层的各种情况。
钻孔为斜孔且与煤层顶底板不垂直, 钻孔倾向不垂直于煤层走向时, 使用改进后的公式计算煤层厚度不必考虑正负号的选取, 且结果不会出现负值。
2 公式的验证和应用
为验证公式的可靠性, 举例如下:某钻孔见矿时天顶角308 (即钻孔倾角608) , 方位角2958 (或1158) , 煤层产状858∠458, 在进尺186m-187.5m处见矿, 矿芯长度1.2m, 求煤层真厚度。
由题意可知, θ=30°, L=1.2m, α=60°, δ=30°, β=45°, n=0.8
i采用传统公式
当钻孔方位角为2958时, 钻孔倾向与煤层倾向相同, 取“1”号, 煤层厚度为:
当钻孔方位角为1158时, 钻孔倾向与煤层倾向相反, 取“2”号, 煤层厚度为:
ii采用改进后的公式
当钻孔方位角为2958时, γ=295°-85°210°或, γ=85°-295°-210°, 煤层厚度为:
当钻孔方位角为1158时, γ=115°-85°=30°, 或γ=85°-115°=-30°, 煤层厚度为:
3 结论
分析上述计算结果可知, 传统方法计算煤层厚度时需要先判断钻孔倾向和煤层倾向是否相同, 而后进行计算, 且必须保证γ为钻孔方位与煤层方位间的正夹角。当二者倾向相反时计算结果会出现负值, 需要人为将负值改变为正值。采用改进后的公式不需要考虑正负号的选取及γ的大小, 只需取钻孔倾向与煤层倾向的差值。
运用传统方法和改进后的方法计算煤层厚度时, 都需要精确测量用于推导的参数, 传统方法需要精确测量δ、β、υ, 改进后的方法需要精确测量α、β、γ。但实际工作中, 钻孔测斜准确的话, α、δ比较准确, β、γ、υ一般是利用矿体地表产状数据。所以用于推导的参数或多或少的会受到人为因素的影响。另外在矿体产状变化较大的地区, 如变质岩区或矿体受构造影响较大的地区, 矿体产状难以获得, 两种方法计算结果的真实性均会受到较大影响。
参考文献
[1]侯德义, 等.找矿勘探地质学[M].地质出版社, 1984.
[2]叶松青, 等.矿产勘查学[M].地质出版社, 2011.
[3]梁瑞, 等.矿体真厚度计算公式探讨[J].矿产勘查, 2013, 4 (1) :75-78.
[4]阮志桥, 等.斜孔中矿体真厚度计算及讨论[J].资源环境与工程, 2008, 22 (2) :228-231.
煤层钻孔 篇2
杨 伟
（淮南矿业集团地质勘探工程处 安徽 淮南 232001）
摘要：采用传统钻孔封孔工艺的顺层钻孔抽采的瓦斯浓度偏低、存在漏气等问题进行深入研究，发现煤体受巷道掘进集中应力扰动、钻孔成孔扰动、煤体裂隙泄漏瓦斯，致使抽采浓度低。针对本煤层瓦斯抽采封孔工艺进行改进，结合现有注浆工艺技术，提出本煤层瓦斯抽采注浆封孔技术，提高抽采浓度和效率。
关键词：本煤层；瓦斯抽采；聚氨酯；膨胀水泥；两堵带压注浆
顺层钻孔瓦斯抽采是我国高瓦斯突出工作面回采前瓦斯治理的主要方式，瓦斯预抽效果直接影响工作面接替和矿井的高产高效，瓦斯抽采效果好坏不仅取决于煤层瓦斯生成、赋存条件和工程质量，关键在于封孔效果。目前钻孔封孔主要存钻孔封孔不严、漏气、瓦斯浓度低等现状。常用封孔工艺技术介绍 1.1水泥浆封孔
水泥浆封孔优点是材料便宜，成本低，简便易行等特点。水泥浆凝固后钻孔封孔段空间和周围孔壁煤体裂隙内部容易产生收缩裂纹，影响封孔质量，造成钻孔漏气瓦斯抽采浓度低。1.2 聚氨酯封孔
聚氨酯封孔按一定配比组合发酵后具有不收缩、膨胀性大、粘接力强、密封性好、不燃烧等特点。聚氨酯泡沫具有可塑性，受压变性而不破碎，不受地点和条件限制，降低操作人员劳动强度，各种瓦斯抽采钻孔均可适用等优点。但对于封孔长度要求高的钻孔封孔存在发泡时间短，可操作时间少；封孔时发泡聚氨酯容易流失粘附，造成聚氨酯浪费，存在钻孔封孔不严、漏气等缺点。顺层长钻孔两堵带压封孔原理
顺层长钻孔两堵带压封孔是基于工作面煤壁内存在的集中应力扰动沟通裂隙，利用封孔段两端两堵中间带高压注浆方式来实现瓦斯抽采钻孔周围密封裂隙的目的。该封孔工艺注重处理瓦斯抽采钻孔周围裂隙通道，既考虑了钻孔段封孔材料密封的要求，又考虑了钻孔周围煤体内裂隙沟通，并在现场进行应用。带压封孔技术利用注浆泵高压将浆液压注到瓦斯抽采钻孔封孔段空间和周围孔壁煤体裂隙内部。浆液在高压作用下可以充填孔隙和煤体凹凸面，增大浆液扩散范围，膨胀水泥浆液具有膨胀性、不收缩，待浆液凝固后，并与煤体粘结在一起，彻底密封瓦斯泄漏通道。3 现场应用 3.1工作面概况
淮南矿业集团潘一东矿井1252（1）工作面位于西一（11-2煤）采区内，为矿井首采工作面，也是首采保护层工作面。工作面上限标高为-750m，下限标高为-823m，走向长度1120m，宽度为264m，平均煤厚2.26m。11-2煤实测最大瓦斯压力为4.59MPa，最大瓦斯含量为11.62m3/t，正常瓦斯涌出量2m3/min，煤层透气性差。顺层钻孔从工作面运输、轨道巷沿煤层倾斜方向布置，与工作面巷道夹角85º，钻孔间距5m，运输巷钻孔长度140m，轨道巷钻孔长度135m，压茬10m。
3.2封孔参数确定（1）封孔长度
根据矿井煤层瓦斯地质赋存、煤层透气性、煤层地质及巷道掘进卸压区情况，确定顺层钻孔的封孔长度为16m。（2）钻孔孔径
钻孔直径的大小直接影响到瓦斯抽采的效果，一般直径越大，瓦斯渗透面积越大，抽采效果越好，根据钻孔封孔和钻孔孔深的要求，确定施工钻孔孔径为Ф133mm。（3）封孔注浆压力
为彻底封堵瓦斯泄漏裂隙通道，选择了425号普通硅酸盐水泥+水；425号普通硅酸盐水泥+U型混凝土膨胀剂NEA-II+水；JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂+水三种封孔工艺不同比例进行试验，最终确定选用JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂，并采用水灰质量比为1:1.25的比例现场调制封孔浆，注浆压力不小于4MPa。3.3封孔操作流程 3.3.1 聚氨酯两堵操作流程
（1）先向孔内下矿用PVC-KW1.25 63mm*4.62mm套管，套管长度40m，前20m为花管必须带锥帽，后20m为实管。
（2）聚氨酯封堵段分别位于25~26m（里段）、39~40m（外段）处，封堵段长度2m，两根Ф20mm的软导管均从抗阻燃编织袋内穿过并分别超前捆扎处1m。外段进行封堵时必须分别将3m、12m的Ф15mm注浆管和返浆管一并下入孔内。
（3）将软导管与封孔器、封孔器与压风连接牢固，并把容器下方的输液阀和压风闸阀关闭待命。
（4）把A、B组两种聚氨酯分别装入相对应的两个容器中，两处聚氨酯封堵段黑、白聚氨酯各3kg，盖紧闷板。
（5）准备工作做好后，此时准备封孔。首先打开压风阀，然后同时打开2个输液阀，待聚氨酯完全进入孔内后，及时关闭闸阀，同时在孔口处把软导管折起扎紧，封孔结束。先进行里段封堵，再进行外段封堵。
（6）去掉软导管后，打开输液阀，用压风把容器内残余聚氨酯吹干净。3.3.2 高压注浆操作流程
（1）检查套管、注浆管、返浆管、闸阀连接是否牢固可靠。（2）连接好注浆泵，按比例进行拌浆。
（3）打开注浆闸阀，开启注浆泵，由注浆管向注浆段进行注浆，同时打开返浆管进行排气，待返浆管有浆液流出时，及时关闭返浆管闸阀，继续向孔内注浆。
（4）待注浆泵压力表显示压力超过4Mpa后，及时关闭注浆管闸阀，停注浆泵，注浆结束。
接压风20m4m2m12m注聚氨酯管软导管A药罐B药罐2m返浆管闸阀封孔管闸阀气动注浆泵锥帽花管聚氨酯封堵段膨胀水泥注浆段聚氨酯封堵段注聚氨酯管注浆管
图1 两堵带压封孔示意图
3.4 数据采集及效果分析
通过观察不同封孔方法的瓦斯浓度值，得瓦斯浓度对比图2，如图2所示。
120100浓度（%）***抽采天数789新方法封孔13#新方法封孔17#新方法封孔20#聚氨酯封孔5#聚氨酯封孔8#聚氨酯封孔11#
图2 瓦斯浓度对比图 小结
通过在潘一东矿井1252（1）工作面的应用得出以下结论：
（1）瓦斯抽采率大大提高。在抽采系统、负压不变的情况下，单孔抽出瓦斯浓度在60%以上，抽采浓度增加了2倍以上，保证了瓦斯抽采效果。
（2）解决了以往钻孔封不严、漏气的缺点，孔口抽采负压达到32kpa以上，单孔预抽瓦斯浓度60%以上。参考文献：
煤层钻孔 篇3
1、矿井概况
1.1煤层赋存状况。青龙煤矿位于贵州省毕节市黔西县，属煤与瓦斯突出矿井， 核定生产能力120万t/a，绝对瓦斯涌出量165.56m3/min，相对瓦斯涌出量80.65m3/t。矿井可采煤层为16、17、18号煤层，M16煤平均厚度为2.88m；M17煤平均厚度为1.2m（M17煤部分地点缺失），该煤层属于不稳定煤层；18煤平均厚度为3.18m。16、18煤属于较煤层稳定。16煤层最大瓦斯含量为19.5m3/t；17煤层最大瓦斯含量为13.5m3/t；18煤层最大瓦斯含量为24.4m3/t。
1.2现行瓦斯治理措施。随着煤矿开采深度增加，煤层瓦斯含量及煤层瓦斯压力增大，瓦斯治理时间长，治理瓦斯任务不断加重。该矿在瓦斯治理的過程中始终采取多措并举，不断探索，寻求有效的瓦斯治理体系和技术。目前在我矿主要采取以下措施进行瓦斯治理，取得了较好的瓦斯治理效果：a、开采保护层，利用上保护层开采治理下邻近层瓦斯。b、穿层、顺层钻孔预抽煤层瓦斯。
2、钻孔孔径对预抽煤层瓦斯效果的影响
2.1现场设计情况。为了考察钻孔孔径对预抽煤层瓦斯的影响，在青龙煤矿11613底抽巷设计一组孔径为75mm钻孔，设计7个钻孔，终孔间距为6m；一组孔径为113mm钻孔，设计5个钻孔，终孔间距为8.5m，对两组钻孔抽采参数进行比较。钻孔设计布置图如下所示：
图1 75mm孔径钻孔设计布置图
图2 113mm孔径设计钻孔布置图
75mm钻孔采用ZDY-750钻机进行施工；113mm采用ZDY-3200S或ZDY-3500型钻机进行施工。
2.2钻孔孔径对瓦斯抽采浓度及瓦斯抽采量的影响。对不同钻孔孔径的瓦斯抽采浓度进行考察，考察结果如下：
从图3中的对比可以看出，113mm孔径的钻孔抽采的瓦斯浓度较高，且能维持长时间的高浓度瓦斯抽采；75mm孔径的钻孔瓦斯抽采浓度较低。从瓦斯抽采浓度方面进行分析，可得施工113mm孔径的钻孔好于施工75mm孔径的钻孔。对不同钻孔孔径的瓦斯抽采量进行考察，考察结果如下：
从图3中的对比可以看出，113mm孔径的钻孔抽采的瓦斯量较大，且能维持长时间高瓦斯量抽采；75mm孔径的钻孔瓦斯抽采量较小。从瓦斯抽采量方面进行分析，可得施工113mm孔径的钻孔好于施工75mm钻孔的孔径。
3、矿井2013-2014年高负压瓦斯抽采量情况
通过在11613底抽巷对大孔径与小孔径实验后，青龙煤矿从2013年11月开始全面施工大孔径钻孔，如下图：
从2013年11月开始施工大孔径钻孔，钻孔终孔孔径从Φ75mm加大到Φ94mm、Φ113mm终孔。矿井采用大孔径施工以前，地面高负压抽采瓦斯浓度维持在24%，抽采纯流量维持在62m3/min；随着钻孔大孔径终孔技术的运用，矿井高负压抽采瓦斯浓度、纯流量逐步稳定上升。至2014年11月份以来，矿井高负压抽采瓦斯浓度维持在30%以上，抽采纯流量维持在95m3/min；通过矿井抽采主管路抽采参数的全面分析，以及采取大孔径钻孔施工工艺，矿井瓦斯抽采浓度、抽采纯流量出现明显升高，矿井高负压主管路瓦斯浓度提高6%左右，抽采纯流量提高了33m3/min，大大提高了瓦斯抽采效率，为瓦斯治理提供了安全保障。
4、结论
从钻孔瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量、两个方面考察了不同钻孔孔径的瓦斯抽采效果，均可得出113mm孔径的钻孔瓦斯抽采效果优于75mm孔径的瓦斯抽采效果，并且减少钻孔施工个数，从而缩短了区域瓦斯治理时间；通过对2013-2014年矿井瓦斯抽采情况分析，采用大孔径钻孔施工明显优于小孔径钻孔施工。根据实际情况增大钻孔孔径能更换满足瓦斯治理需要，保证瓦斯治理效果。
煤层钻孔 篇4
1 煤层含气量的计算方法
1.1 煤层气层测井识别方法
测井曲线在煤层中具有极好的响应, 可以根据煤层呈现的高声波时差、中高视电阻率、高人工放射性、低自然伽马等异常现象对煤层进行定性。煤层与煤层顶底板及夹矸在多种测井曲线中有明显的差异, 人工放射性一般仅在煤层、裂隙、破碎带处有明显的高异常现象。在煤层识别过程中可综合分析多种测井参数, 能准确识别煤层相关特征。根据钻井和录井资料, 煤层的测井响应范围:声波时差为380~520μs/m, 视电阻率为505~15 000Ω·m, 自然伽马为10~80 API, 且体积密度为1.1~1.6 g/cm3[7], 这是进行煤层定位的基础。
煤层气层的识别方法有直接识别法和三孔隙度分析法两种[8,9]。
1) 直接识别法。由于煤层气储层在测井曲线上的响应特征为高电阻率、高声波时差、低自然伽马和低体积密度, 因此, 首先利用双侧向电阻率测井, 在无渗透层的煤层中, 一般深浅侧向测井基本重合, 当浅侧向测井曲线明显高于深侧向测井曲线时, 说明此处煤层可能含气。此时再看声波时差和密度测井曲线, 如果声波时差增大而体积密度减小, 则可以判断该层为含气层。若对应的自然伽马和自然电位测井曲线变低, 则判定此层为煤层气储层, 这样可对煤层气层进行有效识别。
2) 三孔隙度分析法。由于煤层的主要成分是碳, 水和灰分含量极少, 因此, 中子、声波和密度孔隙度相应主要取决于煤层碳含量。多数情况下, 煤层的中子、声波和密度孔隙度相互接近。煤层中含有煤层气会引起中子孔隙度减小, 而声波和密度孔隙度增大。因此, 若煤层的中子孔隙度小于声波和密度孔隙度, 则煤层含气。运用中子—密度孔隙度重叠法与中子—声波孔隙度重叠法相互验证, 可有效排除煤层气储层预测中的多解性。
1.2 煤层含气量复合参数计算
通过识别含气煤层后, 可进一步计算其含气量。在众多计算煤层含气量的方法中, 通过测井资料进行煤层含气量计算是最方便的一种方法。但目前测井参数主要是对煤层气中的工业组分有直接响应, 对于煤层中吸附的气体无法进行直接的计算。所以煤层中甲烷是无法直接利用测井数据进行计算的。现采用的方法主要有吸附等温线法、气体状态方程、多元回归分析和神经网络等间接计算的方法[10,11]。
利用多元回归分析方法, 结合研究测区多种煤田测井曲线参数的提取值, 分别与实际测量的瓦斯含量进行相关关系分析, 获得各测井数据与煤层中瓦斯气体含量的关系曲线[12]。皖北某矿7-1煤层测井曲线参数与实测含气量统计见表1, 三类测井曲线参数与煤层含气量之间的相关关系见图1。
由图1可见:煤层含气量与天然放射性参数呈负相关关系, 与视电阻率、人工放射性参数呈正相关关系。通过这种关系确定应用天然放射性测井、视电阻率测井及人工放射性测井建立复合参数L, 并构建复合参数与含气量之间的关系f (L) :
根据数值分析建立相应的函数关系式:
线性拟合公式:
二次拟合公式:
式中:L为复合参数;R为视电阻率值;GG为人工放射性值;GR为天然放射性值;Q气为含气量;a、b、c为系数。
2 测区煤层含气量预测
选择皖北某矿三采区7-1煤层含气量进行计算, 利用式 (1) 获得复合参数L, 如表2所示。
根据三采区钻孔中测井数据与实测瓦斯含量值进行拟合, 获得煤层含气量与复合参数线性相关关系式:Q气=f (L) =0.003 4L+2.469, 其相关系数R=0.96。利用该式可对整个采区7-1煤层含气量进行预测。图2为煤层含气量预测分布结果图, 图3为煤层的实测含气量分布图。
从图2、图3对比可以看出, 由测井复合参数给出的预测结果与煤层的实测含气量比较吻合, 在整个采区分布特征相一致, 表明利用上述方法进行煤层含气量预测在生产中具有可行性, 所提供的预测结果可为矿井安全生产提供参考。
3 结论
1) 复合参数法利用视电阻率、人工放射性及天然放射性等多测井参数, 可根据实际测井资料进行筛选, 选取相关性较强的测井参数进行组合计算, 进一步增加煤层含气量计算的准确性。采区7-1煤层实践应用结果表明, 复合参数计算结果较为准确, 对煤层含气量预测具有实用性。但该方法计算的复合参数具有地域性, 不同地区计算出的复合参数不同, 因此需要结合矿区特点进行相关性拟合与校验。
2) 复合参数法预测过程中需要大量的测井数据, 由于煤田勘探测井资料与油气勘探测井相比并不齐全, 所以在计算的过程中存在不稳定因素, 可能会造成计算结果的偏差, 在实际应用过程中需对数据去伪存真, 确保计算的准确性。
参考文献
[1]傅雪海, 秦勇, 韦重韬, 等.煤层气地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007.
[2]张松扬.煤层气地球物理测井技术现状及发展趋势[J].测井技术, 2009, 33 (1) :9-15.
[3]张福凯, 徐龙君.甲烷对全球气候变暖的影响及减排措施[J].矿业安全与环保, 2004, 31 (5) :6-9.
[4]刘见中.我国煤矿瓦斯治理和利用的科技创新[J].矿业安全与环保, 2009, 36 (3) :59-62.
[5]王安龙, 孙小琴, 谢学恒, 等.利用测井资料计算煤层含气量及工业组分方法研究[J].油气藏评价与开发, 2011 (Z1) :69-73.
[6]张妮, 刘仲敕, 薛媛, 等.利用测井资料评价煤层含气量的新方法[J].国外油田工程, 2010, 26 (3) :53-56.
[7]赵毅, 毛志强, 蔡文渊, 等.煤层气储层测井评价方法研究[J].测井技术, 2011, 35 (1) :25-30.
[8]刘丽民, 魏庆喜, 徐仁桂.煤层气常规测井技术与应用[J].中国煤层气, 2008, 5 (1) :28-31.
[9]魏冬, 王宏语.地球物理技术在煤层气勘探中的应用[J].洁净煤技术, 2011, 17 (5) :52-55.
[10]刘之的, 杨秀春, 张继坤, 等.鄂东气田煤层含气量测井预测[J].地质科技情报, 2014 (1) :95-99.
[11]曹军涛, 赵军龙, 王轶平, 等.煤层气含量影响因素及预测方法[J].西安石油大学学报:自然科学版, 2013 (4) :28-34.
煤层钻孔 篇5
关键词：瓦斯压力测定,垂直钻孔,封孔工艺
煤层瓦斯基础参数是矿井瓦斯涌出量预测、抽放瓦斯可行性评价、突出危险性鉴定、瓦斯综合治理措施的制定及抽放瓦斯工程设计的主要依据, 它受煤的变质程度、地质构造、埋藏深度、覆盖层厚度及透气性等诸多因素的影响, 为准确掌握四采3B#煤层瓦斯压力, 煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力。它是煤层瓦斯流动和涌出的基本参数, 亦是煤层瓦斯流动的动力, 不仅决定着煤层瓦斯含量与矿井涌出量的大小, 而且对于制订合理的瓦斯综合治理措施也起着重要的作用, 只有选择合理的采样地点并严格按照有关规程、规范及标准的要求进行测定, 才能保证测定结果具有代表性和普遍性。
1 钻孔布置原则
①尽量施工穿岩层钻孔, 钻孔见煤点距煤层内暴露点的距离必须大于50m;若实在没有施工穿层钻孔的地点, 则采用煤层钻孔进行测定;若采用煤层钻孔未能测出瓦斯压力则需采用间接法测定瓦斯压力, 即测定煤层的瓦斯含量、工业分析及吸附常数等基础参数, 根据有关公式计算煤层的瓦斯压力。②同一施工地点施工两个钻孔时, 两钻孔见煤点间距必须大于20m。③为了确保压力测定的可靠性, 测定地点的煤层应为未受采动影响的原始煤体, 并应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围。测定地点的岩柱应较致密且开口点距煤层的垂直距离不小于10m, 从岩巷内向测压煤层打钻孔并穿过煤层顶板 (或底板) 的距离不小于0.5m。④钻孔孔径选择覫65~75mm。⑤钻孔的施工要求为:有完整的打钻记录;当钻孔施工与矿井其它生产单位相互干扰时, 需设置专用钻场, 在钻场内施工钻孔;钻孔的方位角和倾角必须严格按照设计参数施工, 不得随意更改;当钻孔施工至煤层顶板 (或底板) 0.5m以上时, 应停止打钻。
2 施工方案说明
施工测压钻孔测压地点:四采区3B#层右二巷, 钻机由岩层向预定测量煤层瓦斯压力的地点打垂直穿层孔。如图1所示。
3 钻孔布置及参数设计 (见表1)
4 煤层瓦斯压力测定方法
4.1 钻孔施工。
钻孔设备选用鸡西同达钻机厂生产的ZLJ-640型钻机, 钻杆直径Φ50mm, 钻杆长度1.5米/根, 钻头直径Φ75mm。按附表1所示参数施工。
4.2 封孔前期准备。
封孔材料准备完全, 封孔前应制定相关安全技术措施。向钻孔送2根1.5米筛孔集气管在最前端, 依次连接1.5米测压管10支。并用管钳上紧, 逐步送入钻孔内。在连接测压管过程中, 管接头处要缠密封带以加强气密性。在送入测压管的过程中, 要保证管路连接正常, 防止测压管掉入钻孔。当全部管路送入钻孔后, 要用钻杆或木条等支撑住孔口木楔, 底板地面用木板垫实, 保证管路稳定, 不下滑;另一方面是加强支护, 保证注浆后的钻孔及管路稳定性。支撑钻杆或木条要维持到水泥浆凝固后方可撤去, 其间不要随意移动。
4.3 封孔工艺。
应用聚氨酯水泥封孔测定煤层瓦斯压力。封孔应在钻孔施工完成后1天内完成。水泥浆直接封孔, 通过水泥渗入钻孔周边裂隙, 杜绝瓦斯泄漏, 从而使测出的瓦斯压力值等于真实的煤层瓦斯压力。在筛孔集气管外端加入直径Φ75mm橡胶挡板, 用聚氨酯封孔1米凝固后依次用水泥浆封至巷道底板地面。封孔示意图如图2所示。
5 瓦斯压力观测方法
5.1 测压管理。
①设专人负责瓦斯压力的测定工作。②在瓦斯压力测定过程中, 应作好各种参数及施工情况的记录。③直接测压法应至少1天观测一次。④在观测中发现瓦斯压力值变化较大, 则应增加观测次数。
5.2 瓦斯压力观测时间。
采用直接测压法时, 当煤层的瓦斯压力小于4MPa时需5~20d;当煤层的瓦斯压力大于4MPa时, 则需20~40d。当测压时间达到规定, 如压力变化小于0.005 MPa/d, 测压工作即可结束;否则, 应延长测压时间。同一地点以最高瓦斯压力作为测定结果。观测记录如表2所示。
5.3 瓦斯压力的确定。将观测结果绘制在以时间 (d) 为横坐标, 瓦斯压力 (MPa) 为纵坐标的坐标图上。如图3所示。
6 结论
通过对煤层瓦斯压力测定, 掌握煤层瓦斯压力情况, 从而为煤层的煤与瓦斯突出防治措施的制定, 瓦斯综合治理方案提供依据和基础数据, 为矿井安全高效生产提供保障和安全的环境。
参考文献
[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2001.
煤层钻孔 篇6
因此, 如何在松软煤层中实施顺层钻孔, 保证钻孔成孔深度和成孔率, 对平舒公司松软煤层瓦斯预抽和保证松软煤层的安全开采具有非常重要的意义。
平舒公司针对松软煤层的钻孔施工装备及工艺技术问题进行试验研究, 研制大扭矩、高转速的旋转钻机、开发参数结构合理的螺旋钻杆及配套钻具设备的成套技术, 以此解决松软煤层钻孔成孔率低、瓦斯抽放差的难题。重点对“螺旋+压风”钻进的成孔工艺技术进行研究和现场试验, 并对螺旋钻进速度、配风大小、排渣效果等进行研究和考察, 为松软煤层的钻孔施工提供了可借鉴的工艺技术和装备。
(一) 松软突出煤层顺层长钻孔施工工艺技术
在突出松软煤层中, 采用传统工艺无论是水力排渣湿式钻进法, 还是机具 (螺旋) 排渣干式钻进法, 都存在着煤层内瓦斯压力高、地应力大, 喷孔严重, 极易塌孔等诸多的阻钻因素, 严重制约着钻进速度和成孔深度。
松软煤层钻孔施工技术从研究有效的排渣工艺、技术参数入手, 研制出了适合松软煤层钻孔施工条件的工艺技术及大能力钻进设备。
1.松软突出煤层螺旋钻进风力排渣成孔施工工艺技术
螺旋钻进风力排渣成孔是根据钻头切割煤体向前移动, 压风配合螺旋钻杆螺旋叶片连续排屑的机理, 在松软突出煤层中施工长钻孔的钻进技术。由于其使用的是干式作业成孔法, 不需要冲洗液, 减少了对孔壁的冲刷, 有力地维护了钻孔的稳定性。施工时, 钻机回转液压马达通过液压传动带动主轴旋转, 主轴前端与螺旋钻杆用U型卡连接, 主轴的转动带动螺旋钻杆回转, 在给进压力和回转扭矩的作用下, 螺旋叶片与钻孔之间形成了一条“煤屑螺旋输送带”, 在压风与螺旋叶片的共同作用下连续不断地将孔内的煤屑排出孔外。采用这种钻进技术, 孔内瓦斯得以逐步释放, 从而能有效防止喷孔, 保证了成孔率。
2.螺旋钻进风力排渣压风合理参数
钻机能力是施工长钻孔的基础, 排渣工艺技术是长钻孔成孔的关键。一般的钻进过程要求能完全、及时地排除孔内的钻屑, 在煤层 (或软岩) 中钻进还要减少对孔壁的破坏, 保持孔壁完整, 而在突出煤层则又要利于瓦斯的泄放。
螺旋、压风排渣是在突出或松软煤层打钻的较好的排渣方式。它用压缩空气经过钻杆内孔、钻头进入孔底, 在孔内形成高速风流, 钻屑则悬浮在风流中被吹向孔口, 从而实现排渣和钻头冷却。
在螺旋钻进压风排渣钻进成孔中, 若孔内钻屑一旦积聚, 随着钻屑的增多, 必然发生抱钻。根据气力输送原理, 为实现正常排渣, 孔内的风速必须同时大于钻渣的最小沉降速度Ut和孔内不阻塞的最小风速ub, 即
式中 u——孔内的风速, m/s:
ut——与粒径等有关的颗粒的沉降速度, m/s;
ρs ——钻屑的密度, 1.44×103kg/m3;
ρa——空气的密度, 1.29kg/m3;
ds——钻屑的平均粒径, 2×10-3m;
ub——满足不阻塞条件的最小风速, m/s;
ws—单位钻孔的产渣量, 0.14kg/s。
经计算和实际现场考察, 最小沉降速度ut为8.1 m/s, 孔内不阻塞的最小风速ub为1.33 m/s, 最终孔内的风速u不小于8.1 m/s, 现场孔内风速取8.5 m/s, 未发生塌孔、卡钻现象。
(二) 螺旋钻进钻具结构与参数
螺旋钻杆配合压风排渣的钻进成孔技术就是一种在高瓦斯、突出煤层或松软煤层成孔的有效钻孔施工方式, 是一项比水力排渣成孔和单独的螺旋钻进成孔先进的打钻施工方法。该工艺采用螺旋钻杆的旋转作为主要动力来排出孔内煤屑, 压风的作用是用来加速孔内粉状煤屑的运动和冷却钻头, 大的煤渣通过螺旋钻杆的叶片转动带出。
1.钻机、钻具转速与排渣效果的关系
钻具的转速是螺旋钻机的主要参数之一, 转速的高低不仅关系到钻机本身的结构, 而且影响到钻机的输渣效果。高转速钻进成孔是以松散的煤屑排出, 而低转速钻进时螺旋叶片上的煤屑不能自动排运至孔口, 而是靠后面煤屑推挤着向孔口方向运动, 当煤体水分大时, 煤屑与叶片间的摩擦力也较大, 就需要较大输煤屑功率, 但往往发生阻塞、卡钻现象。现场试验, 当钻机钻速每分钟达到800-1000转, 钻孔排渣顺畅未出现塌孔、卡钻现象。
2.螺旋钻杆加工材料机钻具
螺旋钻杆是松软煤层螺旋钻进压风排渣成孔的主要磨损件, 经过一段时间的使用之后, 由于螺旋叶片受到煤层钻孔施工中低冲击力的不断摩擦, 损伤严重, 须进行更换。通过对钻杆各种材料的选择研究, 确定了螺旋钻杆的加工材料。钻杆杆体采用高压无缝合金钢管, 螺旋叶片选用高耐磨T型钢带, 经预应力缠绕焊接而成。钻杆接头选用优质中碳合金钢经真空调质处理, 高压成型。中心管选用37CrMnMo合金钢, 外径为73mm, 内径为58 mm。钻杆直径 (含螺旋叶片) 为94mm。
(三) 适用于松软突出煤层钻孔施工的钻机
螺旋钻机的参数不仅影响到钻机本身的结构, 同时也关系到钻机的功效、成孔时间、动力消耗和劳动条件的改善, 合理选择参数是设计好钻机的前提。在充分考虑各参数间的相互影响的基础上, 我矿采用重庆煤科院ZYWL-4000型液压履带钻机, 功率为55KW, 扭矩为4000Nm。
(四) 螺旋钻进压风排渣顺层钻孔专用施工钻头
通过分析现场使用的钻头形式、产渣的粒径分布规律, 以及钻头结构对产渣粒径的影响, 确定适用于松软突出煤层钻进的钻头为镀金刚石外凸三翼钻头, 直径115mm。
(五) 推广应用情况
松软突出煤层顺层钻孔螺旋钻进施工技术及装备, 在阳煤集团平舒矿等进行了现场推广应用, 取得了良好的效果, 达到了项目预期目标。
在平舒矿81107回采面顺层平行预抽钻孔, 采用ZYWL-4000型螺旋钻机对81号突出煤层进行了50个顺层长钻孔的钻进试验, 有43个钻孔深度达到120m以上, 最大成孔深度173 m, 使本煤层瓦斯抽放率提高了80%。
摘要：松软突出煤层钻孔成孔率直接关系到突出煤层瓦斯治理, 通过对打钻工艺的研究, 解决松软煤层打钻成孔率低的问题。
关键词：松软突出煤层,钻孔施工,技术
参考文献
煤层钻孔 篇7
《防治煤与瓦斯突出规定》[1]第六条要求突出矿井在进行防突时, 应遵循区域防突措施先行, 局部防突措施补充的原则。第八十一条指出, 石门揭煤工作面的防突措施包括预抽瓦斯、排放钻孔等措施。第八十七条规定:在有突出危险的煤巷掘进工作面掘进时, 应当优先选用超前钻孔 (包括超前预抽瓦斯钻孔、超前排放钻孔) 防突措施。可以看出, 在各种局部防突措施中, 应用最为广泛是超前排放钻孔措施。在煤巷掘进工作面采用超前钻孔作为工作面局部防突措施时, 应满足下列要求[2,3,4,5,6]。 (1) 超前排放钻孔最小控制范围为:近水平缓倾斜煤层应控制巷道两侧轮廓线外5m, 倾斜及急倾斜煤层应控制上帮轮廓线外7m、下帮轮廓线外3m。若煤层厚度远大于巷道高度时, 则要求控制范围在垂直煤层方向上 (巷道上部) 不小于7m, 巷道下部不小于3m。 (2) 超前排放钻孔应当均匀布置, 若煤层中存在软分层中, 则钻孔应布置在软煤层中, 且应适当增加钻孔数。 (3) 超前排放钻孔的个数及间距应当根据钻孔的有效排放半径确定。
在防突工作中, 如果超前排放钻孔间距布置不合理, 极有可能会产生防突空白带, 此时, 超前排放钻孔不但不能消除工作面局部煤体突出危险性, 还会给后面的采掘作业埋下了安全隐患。因此, 准确测定煤层有效排放半径就显得尤为重要。
2 矿井概况
龙腾煤矿位于重庆市南川区, 开采K1煤层, 生产能力为0.09Mt/a, 2010年矿井升级为煤与瓦斯突出矿井。K1煤层赋存于二叠系上统龙潭组 (P2l) 底部, 全区可采, 煤层厚度1.65m~1.90m, 平均厚度1.80m;原煤水分 (Mad) 为0.31~0.33%, 灰分 (Ad) 为31.55~35.61%, 挥发分 (Vd) 10.53~11.58%, 属中灰、中高硫、中高热值贫瘦煤。
井田位于龙骨背斜中段北西翼, 岩层呈单斜产出, 走向近南北, 矿井地质构造属中等类型。矿井采用斜井开拓, K1煤层划分为三个水平, 即:+560m~+400m水平、+400m~+200m水平和+200m~±0m水平。开采顺序为:先采+560m~+400m水平, 然后开采+400m~+200m水平, 最后采+200m~±0m水平, 现+560m~+400m水平已采完。各水平再划分双翼采区, 采区内划分采煤工作面, 水平内先采上阶段后采下阶段, 实行采区前进式, 区内后退式回采。矿井东翼急倾斜煤层采用俯伪斜柔性掩护支架采煤方法, 西翼倾斜煤层采用走向长壁式采煤方法。回采工作面倾斜长80m, 采用放炮落煤工艺, 一次采全高, 顶板管理方式为全部垮落法。
矿井采用中央分列抽出式通风方式, 主斜井进风, 回风井回风, 回风井安设两台BDKⅡ-6№14型对旋式风机, 一台工作一台备用, 风机配套电机功率为2×37kw, 主扇额定风量19~36m3/s, 额定负压1176~2205Pa。
3 钻孔排放瓦斯有效半径测定
3.1 测定方法
目前, 我国常用的排放钻孔有效排放半径的测定方法有三种: (1) 瓦斯压力降低法; (2) 钻孔瓦斯流量法; (3) 工作面点预测预报法。根据《防治煤与瓦斯突出细则》的有关规定并结合矿井的现场实际条件, 选择钻孔流量法测定K1煤层超前钻孔的有效排放半径。
利用钻孔瓦斯流量法测定超前钻孔有效排放半径的步骤如下:
(1) 沿煤层软分层打3-5个测流量钻孔 (图1) , 孔径42mm, 长7-10m, 间距0.2-0.5m;
(2) 对各钻孔封孔, 封孔长度不得小于2m
(3) 钻孔密封后, 立即测定钻孔瓦斯流量, 并每隔10分钟测定一次, 每个测量孔测定次数不得小于5次;
(4) 在距最近的测量孔边缘0.5m处打一个平行于上述钻孔的排放钻孔 (其直径等于待考察排放钻孔的直径) , 在打钻过程中, 记录孔长、时间和各测量钻孔瓦斯流量的变化;
(5) 打完排放钻孔后, 每隔10分钟测定一次各流量孔的瓦斯流量;
(6) 打完排放钻孔后的2小时内, 测定并绘出各测量钻孔的瓦斯流量变化曲线;
(7) 如果某一个钻孔连续三次测定的瓦斯流量都比打排放钻孔前增高10%以上, 表明该测量孔处于排放钻孔的有效半径之内, 符合该条件的测量孔距排放钻孔最远距离即为排放钻孔的有效半径。
3.2 测定结果
利用上述方法, 分别考察φ42mm和φ65mm的钻孔有效排放半径, 针对该煤矿煤层特点距离, 设计的排放半径测试参数如表1和表2。
在考察φ42mm钻孔有效排放半径时, 各测量孔的瓦斯流量变化曲线图见图2。
由图2可知, 1号孔和2号孔在排放钻孔施工后均有不同程度的增加, 且增大幅度均超过了10%, 3号孔流量没有明显变化。因此, 可以判定φ42mm排放钻孔有效影响半径已超过0.3m但小于0.4m, 根据1号孔和2号孔增加幅度 (1号孔达到原来的5.4-40.5%, 平均增幅为20%;2号孔达到原来的10-20%, 平均增幅为12.5%) , 确定φ42mm排放钻孔有效影响半径为0.30m。
在考察φ65mm钻孔有效排放半径时, 各测量孔的瓦斯流量变化曲线图见图3。
由图3可知, 1号孔和2号孔在排放钻孔施工后均有不同程度的增加, 且增大幅度均超过了10%, 3号孔流量没有明显变化。因此, 可以判定φ65mm排放钻孔有效影响半径已超过0.4m但小于0.5m, 根据1号孔和2号孔增加幅度 (1号孔达到原来的3.4-44.8%, 平均增幅为24.14%;2号孔达到原来的7.14-21.43%, 平均增幅为16.07%) , 确定φ65mm排放钻孔有效影响半径为0.40m。
4 结论
通过钻孔瓦斯流量法对龙腾煤矿K1煤层42mm和65mm孔径的排放钻孔有效影响半径进行了测试, 测试结果表明:龙腾煤矿K1煤层42mm孔径的排放钻孔有效影响半径为0.30m, 65mm孔径的排放钻孔有效影响半径为0.40m, 测试结果对龙腾煤矿K1煤层防治煤与瓦斯突出具有重要意义。
参考文献
[1]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京:煤炭工业出版社, 2009.
[2]李建铭.煤与瓦斯突出防治技术手册[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2006:373-378.
[3]于不凡, 王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2000:537-542.
[4]林柏泉, 崔恒信.矿井瓦斯防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1998.
[5]路学燊, 郭献林.瓦斯钻孔排放半径测定方法的探讨与优化[J].煤炭科学技术, 2011, 39 (12) :65-68.
煤层钻孔 篇8
那罗寨煤矿的一采区和二采区为生产采区, 三采区为开拓采区。三采区采用斜井开拓, 3条井筒均沿8#煤层向深部延伸。预计2007年底三采区投产, 为了保证矿井安全生产, 为矿井瓦斯治理提供科学依据, 投产前应对三采区煤层瓦斯基本参数进行测定。若采用专门的测压巷道方式测压, 按照测压规范要求至少需要2条测压巷道, 成本较高, 而且需要通风、供水、排矸等一系列的辅助工程, 且测压结束后该测压巷道属于盲巷而需密闭, 技术上不合理。
针对该矿新采区主要开拓巷道均位于13#煤层顶板的8#煤层, 其距13#煤层间距约30 m的实际情况, 决定采用施工下向测压钻孔的方式进行测压, 施工下向测压钻孔存在穿过11#松软煤层、钻孔易垮孔和测压钻孔少量涌水的特殊困难。
1 矿井概况
那罗寨煤矿井田南北长7.2 km, 东西宽3.5 km, 面积为25.2 km2;煤系地层为上二叠系宣威组 (P2X) , 共含煤34层, 煤层总厚为28.45 m, 含煤系数10.7%;其中可采煤层11层, 纯煤厚为16.81 m, 占煤系总厚的6.3%。较稳定的可采煤层有1, 7, 11, 13等4层, 可采煤层主要分布在宣威组的上段、中段的上部以及下段的下部。该井田11#煤层属突出煤层, 厚2~4.5 m;13#煤层厚1.5~4 m。8#与11#煤层间距29 m, 11#煤层与13#煤层间距10 m。
三采区位于那罗寨井田北段, 南北走向长3 km, 东西宽2 km, 面积约6 km2, 南与二采区相接, 西以BF9号断层为界, 北至煤层露头, 东以F23号断层及+1 300 m 水平为界。整体上三采区呈北西30°展开的单斜构造。平均倾角为10°~15°, 断层发育。
2 下向穿松软煤层钻孔测压技术难点分析
该矿井三采区采用下向孔测定13#煤层瓦斯压力, 主要存在以下技术难点:
1) 8#煤层向13#煤层打钻, 需要穿过松软、突出、煤层瓦斯压力高的11#煤层。由于11#煤层属于厚煤层, 煤层松软且在煤层瓦斯作用下极易垮孔, 导致测压管下放困难。
2) 钻孔水泥浆封堵后, 11#煤层较高压力的瓦斯没有排气通道, 瓦斯压力不断恢复, 水泥自重难以抵抗高压瓦斯时, 便沿钻孔不断排放导致11#煤层至孔口段钻孔水泥难以凝固;8#煤层和13#煤层之间岩层含水, 钻孔周边岩层水的不断渗出, 在水、气的双重影响下钻孔水泥浆不断被稀释, 影响封孔效果。
3) 测定煤层瓦斯压力。封孔时需要留设测压室, 使钻孔周边渗流出来的瓦斯通过测压管将瓦斯压力传递到压力表, 通过压力表进行煤层瓦斯压力的测量。下向孔存在封孔水泥浆易流入测压室, 造成筛孔管堵塞的问题[3]。
4) 由于11#煤层为松软、易垮孔煤层, 再加上钻孔水的影响, 如何确保将11#和13#煤层段的钻孔隔断, 保证所测定煤层瓦斯压力为13#煤层瓦斯压力, 而非11#煤层瓦斯压力或综合瓦斯压力也存在一定困难。
3 下向穿松软煤层钻孔测压技术研究
3.1 测压孔参数
为便于封孔材料填入孔内, 测压钻孔倾角应尽量大, 而且随着钻孔倾角增大, 钻孔穿过11#煤层长度相应减小, 有利于减小垮孔程度。考虑到钻机架设条件, 倾角定为-45°~-60°。该条件下测压工艺需要下放2套Φ15 mm管, 钻孔孔径需75~90 mm。
3.2 封孔材料及工具
采用注浆泵进行水泥浆注浆封孔, 为防止水泥浆凝固后因收缩产生裂隙, 根据封孔深度, 在水泥浆中加入一定比例的膨胀剂。测压管由Φ15 mm的铁管连接而成, 前端的第1根铁管为筛孔管, 钻孔孔口用木塞或聚氨酯加棉布封堵并固定测压管、注浆管和排气管。其他材料包括注浆管、管接头、压力表、密封胶带等。
3.3 测压孔管路布设
考虑到测压孔内涌水和11#煤层瓦斯的存在, 该工艺需布设2套 (3根) Φ15 mm管, 分别作为测压管、注浆管和注浆过程的排水、排气管, 如图1所示。
与上向孔相比, 本次测压孔管路的布设特点:注浆管安设到孔的底部, 增加了上部的排气、排水管孔。
3.4 测压室的形成
为防止封孔过程中测压室充入水泥浆而堵塞筛孔, 采用在筛孔管后端焊接垂直于测压管、直径略小于钻孔直径的铁质圆挡盘以承载上部浆液产生的重力, 并在圆挡盘上部测压管四周绑定棉布, 测压管布设完毕后在注浆前从孔口填入黄豆、水泥球等材料, 在棉布上部形成浆液隔离层, 然后注浆封孔。
3.5 测压孔内涌水、松软煤层垮孔及11#煤层瓦斯的处理
注浆前, 为了防止测压室内水与上部水流动、交换形成积水而影响测压效果, 采用测压室上部填充棉布、黄豆和水泥球形成阻隔层, 阻断测压室内外水的交换。
注浆时, 首先利用注浆管向孔内压风, 将积水和松软煤层的煤屑吹出, 注浆管安放时每安放1根都要进行压风吹气, 以吹出煤屑, 减少孔内积水对水泥浆的稀释, 然后通过孔底的注浆管注入浆液, 将孔内的积水和11#煤层瓦斯从排气、排水孔中排出, 以利于水泥浆的凝固。
4 煤层瓦斯压力测定
经过对下向孔测压技术研究后, 对该矿的三采区13#煤层进行了下向测压钻孔的施工和煤层瓦斯压力的测定。
4.1 测压孔布置
按照煤炭行业标准AQ 1047—2007《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》中有关测压钻孔的要求进行布置。
由于在三采区施工向下孔的过程中, 施工难度大, 导致钻孔成孔率低, 共施工5个钻孔, 但只有1个钻孔满足13#煤层测压条件, 孔号定为13-3, 钻孔孔口标高为+1 590.3 m, 钻孔的倾角为-26.5°, 测压钻孔布置如图2所示。
4.2 测压钻孔参数
下向测压钻孔开孔至终孔均为Φ75 mm, 根据煤层透气性的测定要求, 穿层钻孔应尽可能垂直于煤层, 与煤层法线的夹角不得大于30°;本煤层钻孔方位则垂直于煤层走向, 测压钻孔倾角为该处煤层倾角, 测压钻孔竣工参数见表1。
4.3 煤层瓦斯压力测定数据处理
由于测压管中充水, 对瓦斯压力有影响, 需对表压进行校正。
设压力表表压读数为p表, 钻孔倾角为α, 测压管与钻孔轴线平行, 测压管长度为L且测压管内充满静水 (密度为ρ水) 。则煤层瓦斯压力p (相对压力) 为
p=p表undefined (1)
式中:p为13#煤层瓦斯压力 (相对压力) , MPa;p表为压力表表压, MPa;L为测压管长度, m;α为钻孔与水平面的夹角, (°) 。
煤层瓦斯压力及含量参数见表2。
从已经测定的那罗寨煤矿三采区13#煤层瓦斯压力结果分析, 该采区测压范围内的煤层瓦斯压力随采深增加而逐渐增大, 并呈较明显的线性关系, 符合煤层瓦斯压力分布的一般规律, 证明了本次瓦斯压力测定结果的可靠性。
5 结论
1) 根据下向孔的特点对测压孔参数进行了合理选择, 为成功测压提供了保障。
2) 采用测压管焊接圆形托片, 并在托片上部充填棉布、黄豆、水泥球的方式, 解决了浆液浸入和垮孔堵塞问题, 成功营造了测压室。
3) 采用布设2套管路对孔内积水和11#煤层瓦斯进行处理, 解决了水泥浆不易凝固的技术问题。
4) 那罗寨煤矿成功进行了下向孔测压, 证明了本研究的可行性。该技术扩大了采用直接法测定煤层瓦斯压力的选点范围, 节约了开拓巷道成本, 为类似条件下煤层瓦斯压力测定提供了技术支持, 具有一定的指导意义。
摘要：结合那罗寨煤矿实际情况, 系统分析了采用下向孔测定13#煤层瓦斯压力存在的技术难点, 在此基础上研究适用于下向穿松软煤层、易垮孔、涌水钻孔测压工艺技术, 同时采用该技术进行了成功测压, 该研究对今后类似条件下煤层瓦斯压力测定具有指导意义。
关键词：瓦斯压力,下向钻孔,松软煤层,涌水,测压技术
参考文献
[1]吕闰生, 张子戌.提高测压钻孔瓦斯压力测定成功率分析[J].煤炭工程, 2004 (11) :46-48.
[2]高礼奎, 徐德成.煤层瓦斯压力实测方法的实践与认识[J].矿业安全与环保, 2003, 30 (6) :57-59.
煤层钻孔 篇9
矿井瓦斯防治中瓦斯抽采是最有效的方法之一, 本煤层瓦斯抽采中钻孔有效抽采半径是评判瓦斯抽采效果的重要参数, 准确测定钻孔的有效抽采半径对矿井瓦斯防治工作具有重要意义。目前国内测定钻孔有效抽采半径, 常用的测定方法有流量法[1]、计算机模拟确定钻孔有效抽采半径法[2,3]、气体示踪法等[4,5,6,7,8,9,10,11,12]。根据现场实际情况, 受井下条件限制, 采用上述方法测试时非常困难, 本次选用压降法试验分析测定本煤层抽采钻孔的有效影响半径。
1 压降法测试定义及方案设计
1.1 压降法测试定义
工作面进行本煤层瓦斯预抽时, 在抽采钻孔内的抽采负压和煤体内瓦斯自然流动共同作用下, 以钻孔为轴心会形成瓦斯的径向流动圈, 煤体内瓦斯不断流向抽采钻孔, 形成以钻孔为中心的类似圆形的瓦斯径向流动圈, 这个径向流动圈的半径可称为抽采半径;抽采时间越长, 抽采半径流动圈影响范围就越大, 一直到煤体内瓦斯压力和抽采负压之间的负压差不足以抽动煤体内瓦斯为止。在这个圆形瓦斯径向流动圈内瓦斯压力会逐渐下降, 所以在抽采钻孔周边布置观测孔, 可以对抽采钻孔有效抽采半径进行观测。
1.2 测试方案及设计
1.2.1 钻孔的设计方案
此次试验1号钻孔为抽采钻孔, 2、3、4、5号钻孔为观测孔, 钻孔布置如图1所示。设计孔径均为94 mm, 孔深均为110 m。1号孔与抽采支管相连, 待2号孔压力稳定后, 1号孔进行正常的抽采, 观察2号孔压力变化情况。每日8:30对压力变化情况进行记录, 测试期限为20 d。
注:1号钻孔为抽采孔;2、3、4、5号钻孔为测压观察孔
1.2.2 封孔方案
封孔选用水泥砂浆的封孔方式, 封孔示意图如图2所示。封孔时为保证封孔质量, 待水泥砂浆注入后, 稳定24 h之后按设压力表。待2、3、4、5号钻孔压力均稳定3 d后, 对1号孔进行瓦斯抽采。观察2、3、4、5号本煤层钻孔压力变化, 如果2、3、4、5号观测钻孔测定的瓦斯压力值都比未抽采前下降20%以上, 说明该观测孔处于钻孔的径向影响圈范围内, 观测孔径向影响圈最远距离视为钻孔的有效抽采半径。
1.压力表;2.球阀;3.4分镀锌钢管;4.集气管;5.棉纱;6.木楔;7.水泥砂浆;8.挡板;9.注浆管;10.闸阀
2 压降法现场试验
2.1 5001工作面概况
此次试验地点为七一新发煤业有限公司5001回风顺槽, 煤层的透气性系数为0.554 m2/ (MPa2·d) , 原始瓦斯含量为5.12~9.37 m3/t, 煤层稳定程度为较稳定, 全区可采。该工作面位于井田的西北部, 3号煤层为分叉煤层, 分为3上煤层和3号煤层。3上煤层厚度1.5~2.66 m, 平均厚度2 m, 煤层直接顶主要为细砂岩, 平均厚3.53 m;老顶为细~中粒砂岩, 厚1.50~7.57 m。距3号煤层层间距0.80~15.53 m, 一般为6.68 m。
2.2 测试过程中注意事项
利用压降法进行本煤层抽采钻孔的抽采半径测试过程中必须注意的事项如下: (1) 在1~5号钻孔施工过程中按照设计方案严格施工孔间距, 并保证钻孔处于同一水平: (2) 钻孔注入水泥砂浆时, 要严把封孔质量关, 确保所有观测孔不漏气, 待筛管反水后停止注入水泥砂浆: (3) 1号抽采钻孔确保在大于13 k Pa以上的抽采负压, 并且24 h不间断进行抽采。
2.3 测试数据分析
根据七一新发煤业5001回风顺槽实际测试条件, 在新掘进的未经抽采的巷道, 选用压降法对抽采钻孔径向影响圈范围进行测试, 其钻孔布置参数如表1所示。
2~5号压力观测孔, 在1号抽采孔并入高负压抽采系统进行预抽后压力变化趋势如图3所示, 抽采前后瓦斯压力观测孔降低情况如表2所示。
根据图3和表2中4个压力观测孔的压力变化趋势进行分析可知:
(1) 1号抽采钻孔24 h不间断抽采后, 2~5号压力观测孔的瓦斯压力值下降均在20%以上, 说明钻孔都在抽采有效半径内。
(2) 2号压力观测孔在抽采后直线下降, 到第10 d时降到0 MPa, 压力降低百分比达100%, 说明此时2号孔在钻孔的有效抽采半径内。
(3) 3号压力观测孔在抽采前8 d出现直线下降的趋势, 第8 d开始出现缓慢下降, 第19 d下降到0.02 MPa, 压力降低百分比达到93.55%, 说明此时3号压力观测孔处于有效抽采半径内。
(4) 4号压力观测孔一直缓慢下降, 下降的幅度很小, 第17 d压力基本稳定在0.10 MPa, 下降幅度为67.74%, 说明此观察孔处于有效抽采半径内。
(5) 5号压力观测孔的压力在抽采后, 压力下降分幅度非常小, 到第20 d时压力值降低百分比仅为31.43%, 远小于51%, 说明此钻孔不在钻孔的有效抽采半径之内。
通过分析可以得出:距1号抽采钻孔0.5 m的2号观察孔、1 m的3号观察孔和1.5 m的4号观察孔处于有效抽采半径之内, 距1号抽采钻孔2 m的5号观测孔处于有效抽采半径之外。本次压降法确定本煤层抽采有效影响半径范围在1.5~2.0 m之间。因此, 七一新发煤业采用94 mm抽采钻孔进行3号煤层瓦斯抽采, 抽采时间为20 d, 将其抽采半径确定为1.5 m, 且可知抽采钻孔抽采10 d的影响范围是0.5 m, 抽采20 d以上逐渐达到抽采极限。
3 结语
测定本煤层瓦斯抽采有效影响半径, 对矿井本煤层瓦斯抽采具有十分重要的意义。通过压降法对抽采半径的研究和测试方法的分析, 并在七一新发煤业5001工作面本煤层瓦斯抽采有效影响半径的现场试验, 根据以上分析可知:压降法测定本煤层有效抽采半径是一种行之有效的测试方法, 七一新发煤业利用压降法, 选用φ94 mm的钻孔进行本煤层钻孔预抽20 d后, 有效抽采半径为1.5 m, 距此工作面预抽钻孔间距确定为3 m, 这对七一新发煤业的矿井瓦斯防治工作及矿井安全生产都具有重大意义。
参考文献
[1]李书文, 张智峰, 宣德全.基于瓦斯抽采流量法确定本煤层钻孔有效影响半径[J].煤炭科学技术, 2004 (4) :43-45.
[2]周红星, 程远平, 谢战良.计算机模拟确定瓦斯抽采有效半径的方法研究[J].能源技术与管理, 2005 (4) :81-82.
[3]王兆丰, 周少华, 李志强.瓦斯抽采钻孔有效抽采半径的数值计算方法[J].煤炭工程, 2011 (6) :82-84.
[4]陈金玉, 马丕梁, 孔一凡, 等.SF6气体示踪法测定钻孔瓦斯抽采有效半径[J].煤矿安全, 2008, 39 (9) :23-25.
[5]徐三民.确定瓦斯有效抽采半径的方法探讨[J].煤炭工程师, 1996 (3) :43-45.
[6]孙培德.煤层抽采瓦斯钻孔合理布置探讨[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版, 1998, 8 (3) :44-50.
[7]杜泽生.平宝公司首山一矿已_ (16-17) 煤层瓦斯抽放半径测定[J].煤矿安全, 2010, 41 (2) :61-64.
[8]王安虎, 翟培杰.压力指标法与瓦斯流量法测定有效抽采半径的分析[J].中州煤炭, 2013 (2) :4-6.
[9]柴磊, 史宗保, 魏平儒.鹤壁二1煤层穿层钻孔测试抽采半径研究[J].能源技术与管理, 2010 (2) :29-31.
[10]于不凡, 王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.
[11]俞启香.矿井灾害防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007.