钻孔瓦斯含量

钻孔瓦斯含量（共7篇）

钻孔瓦斯含量 篇1

瓦斯抽采半径是指特定直径钻孔在不同预抽期内的有效影响距离。对于突出煤层,准确掌握其瓦斯抽采半径是制订防突措施的重要依据,也是在预抽期内实现消突的根本保证。

目前瓦斯抽采半径考察方法主要采用的是钻孔瓦斯流量法和瓦斯压力降低法两种。钻孔瓦斯流量法是利用钻孔瓦斯抽采流量及其衰减特征,根据抽采时间与钻孔间距之间的相关关系,通过计算得到不同抽采时间内的有效抽采半径;该方法需要定时测定钻孔瓦斯抽采参数,测定工作量较大,测定结果往往与客观实际存在较大误差。瓦斯压力降低法是指在煤层的原始区域间隔一定距离布置测压钻孔,测定煤层原始瓦斯压力,当压力稳定后,在距离测压钻孔周边一定距离处施工特定孔径的抽采钻孔,在一定的抽采时间内,测压钻孔瓦斯压力降低并且达到一定程度,则认为该测压钻孔与抽采钻孔之间的距离为该特定孔径钻孔在抽采时间内的有效抽采半径;该法需现场测定煤层瓦斯压力,存在测定周期长、成本高的缺点,而且针对顺层钻孔抽采半径考察,由于煤层结构及瓦斯抽采作用,往往出现测压钻孔的瓦斯压力突然间卸压,从而造成考察失败,成功率较低。

针对目前瓦斯抽采半径考察方法存在的问题,提出可解吸瓦斯含量降低法。对于可解吸瓦斯含量指标的测定,有国家标准《煤矿井下煤层瓦斯含量直接测定方法》(GB/T 23250—2009)(以下简称《含量测定方法》)作为技术支撑。该指标的测定不受煤层及瓦斯赋存变化的影响,具有测定速度快、成本低、布点灵活、成功率高、准确度高等优点;能够更直观地反映抽采前后煤层瓦斯含量的变化。

利用可解吸瓦斯含量降低法,在纳雍县狗场煤业有限公司(以下简称“狗场煤矿”)进行了5号煤层Φ75 mm顺层钻孔抽采半径考察,实践证明,该方法直观、有效、成功率高,较为准确地反映了该煤层在预抽期内的有效抽采半径。

1 可解吸瓦斯含量降低法的考察方法

1.1 可解吸瓦斯含量测定方法

可解吸瓦斯含量测定是在井下通过向煤层施工钻孔,采集一定深度处的新鲜煤样,利用DGC瓦斯含量直接测定装置进行测定[1]。根据《含量测定方法》,煤层可解吸瓦斯含量(Qk)为瓦斯损失量(Q1)、瓦斯解吸量(Q2)和煤样粉碎后的瓦斯解吸量(Q3)三者之和,单位为m3/t,其表达基准为原煤基,计算公式如下:

Qk=Q1+Q2+Q3 (1)

1.2 考察方法

首先,根据所要考察的煤层瓦斯赋存特征,布置几组不同间距的瓦斯预抽钻孔,在施工钻孔的同时测定煤层原始可解吸瓦斯含量Qky,作为组内所在范围的原始可解吸瓦斯含量;其次,对每组钻孔进行封孔接抽,同时进行瓦斯抽采计量;最后,经过一定预抽时间后,采用直接法测定组内的残余可解吸瓦斯含量Qkc,当Qkc达到消突要求及抽采要求时,则认为该组钻孔间距的一半为该直径钻孔在这一抽采时间内的有效抽采半径。

一定预抽时间后,利用瓦斯抽采计量数据进行间接计算,当计算的残余可解吸瓦斯含量达到消突要求及抽采要求时,则此时启动直接法残余可解吸瓦斯含量Qkc的测定工作。因间接计算的残余可解吸瓦斯含量往往存在一定误差,而当此时采用直接法测定的残余可解吸瓦斯含量Qkc仍大于消突要求或抽采要求时,则应将残余可解吸瓦斯含量测定钻孔进行封孔继续接抽。消突要求的依据为《防治煤与瓦斯突出规定》(以下简称《防突规定》)第五十三条,当预抽煤层瓦斯后残余瓦斯含量小于8 m3/t(全含量)时,认为措施有效[2];抽采要求的依据为《煤矿瓦斯抽采基本指标》(AQ 1026—2006)(以下简称《抽采基本指标》)中“4.2”之规定[3]。因此,采用残余可解吸瓦斯含量Qkc判定消突要求和抽采要求时,一方面Qkc应不大于8 m3/t减去不可解吸瓦斯含量的差值;另一方面还应满足《抽采基本指标》中“4.2”之规定。

其中,不可解吸瓦斯含量可以利用煤的工业分析指标及瓦斯吸附常数,依据朗格缪尔公式进行计算:

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式中:Qa为常压不可解吸瓦斯含量,m3/t;a,b为吸附常数;Mad为煤的水分,%;Aad为煤的灰分,%;F为煤的孔隙率,m3/ m3; ρ为视密度,t /m3。

2 应用实例

2.1 考察钻孔布置

根据狗场煤矿采掘工程布置情况,考察地点选择在5102备采工作面,在5102运输巷向工作面内布置瓦斯预抽钻孔。5102备采工作面进行抽采半径考察时为原始区,尚未施工瓦斯抽采钻孔,该工作面走向长285 m,倾斜宽110 m,煤层平均厚度1.2 m,煤层平均倾角26°。

在5102运输巷向工作面施工了4组顺层抽采钻孔,每组5个钻孔,组内钻孔间距分别为4,3,2,1 m,抽采钻孔布置如图1所示。

钻孔施工过程中对煤层原始可解吸瓦斯含量Qky进行了测定,钻孔施工完毕后,立即封孔接抽。抽采钻孔竣工参数及组内测定的原始可解吸瓦斯含量如表1所示。

抽采半径考察期间,在5102备采工作面运输巷内采集了5号煤层全煤层煤样,进行了实验室工业分析及瓦斯吸附常数等指标的测试,根据测试结果并依据式(2)计算的5号煤层不可解吸瓦斯含量为3.233 7 m3/t。

2.2 考察结果

在瓦斯抽采过程中,对抽采进行计量,根据计量情况在经过一定抽采时间后启动了直接法残余可解吸瓦斯含量Qkc的测定,测定钻孔布置于两抽采钻孔之间,钻孔直径为75 mm。

依据《防突规定》第五十三条,经预抽后的残余瓦斯含量(全含量)应满足小于8 m3/t为预抽有效的规定;同时狗场煤矿5102备采工作面进行回采时,其瓦斯涌出量主要来源于本煤层,因此还应满足《抽采基本指标》中“4.2”之规定,即工作面日产量小于1 000 t,其工作面前方20 m以上范围内的残余可解吸瓦斯含量Qkc应不大于8 m3/t;又因测算的5号煤层不可解吸瓦斯含量为3.233 7 m3/t,因此,狗场煤矿5号煤层经预抽后达到抽采有效的标准为残余可解吸瓦斯含量Qkc应小于4.766 3 m3/t。

残余可解吸瓦斯含量Qkc测定结果见表2,测定钻孔布置如图2所示。

根据表2绘制抽采半径R与预抽时间t之间的相关关系曲线,如图3所示。由图3可以看出,狗场煤矿5号煤层瓦斯抽采半径R与预抽时间t之间呈对数关系,关系式为R=0.666 ln t-1.422。

3 结论

采用可解吸瓦斯含量降低法,对狗场煤矿5号煤层顺层Φ75 mm钻孔抽采半径进行了考察,原始可解吸瓦斯含量Qky及残余可解吸瓦斯含量Qkc均一次性测定成功,测定结果与5号煤层瓦斯赋存特征相符[4];且对处于同一标高相邻的5101工作面也进行了顺层钻孔预抽,本次测定结果与5101工作面抽采前后的瓦斯赋存情况相近,同时也与贵州纳雍片区5号煤层瓦斯抽采半径与预抽期的经验性关系相符。说明采用可解吸瓦斯含量降低法进行抽采半径考察不但方法简便,而且测定结果也较为准确可靠。

1) 可解吸瓦斯含量降低法可以用于顺层钻孔抽采半径考察。

2) 狗场煤矿5号煤层Φ75 mm抽采钻孔的瓦斯抽采半径R与预抽时间t之间的相关关系为R=0.666 ln t-1.422。

3) 还应开展相同钻孔间距情况下的瓦斯预抽率η与抽采时间t之间的相关关系考察。

摘要：对于突出煤层,准确掌握其瓦斯抽采半径是制订防突措施的重要依据,也是在预抽期内实现消突的根本保证。采用可解吸瓦斯含量降低法,对狗场煤矿5102备采工作面5号煤层Φ75 mm顺层钻孔进行了抽采半径考察。实践证明,可解吸瓦斯含量降低法可以用于顺层钻孔抽采半径考察,其成功率及准确性较高。考察结果表明,狗场煤矿5号煤层Φ75 mm顺层钻孔抽采半径R与预抽时间t之间的相关关系式为R=0.666 ln t-1.422。

关键词：可解吸瓦斯含量,顺层钻孔,抽采半径

参考文献

[1]国家安全生产监督管理总局.GB/T23250—2009,煤矿井下煤层瓦斯含量直接测定方法[S].北京:煤炭工业出版社,2009.

[2]国家安全生产监督管理总局.防治煤与瓦斯突出规定[S].北京:煤炭工业出版社,2009.

[3]国家安全生产监督管理总局.AQ1026—2006,煤矿瓦斯抽采基本指标[S].北京:煤炭工业出版社,2006.

[4]狗场煤矿5号煤层瓦斯基本参数测定技术报告[R].重庆:中煤科工集团重庆研究院,2011.

钻孔瓦斯含量 篇2

预抽煤层瓦斯工作的前提条件是抽采钻孔设计要合理,而瓦斯抽采有效半径能解决抽采钻孔设计的合理性。《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》规定:煤矿瓦斯抽采应当坚持“应抽尽抽、多措并举、抽掘采平衡”的原则。有效抽采半径能指导设计合理的抽采钻孔,不仅能在满足预抽时间的前提下达到消除突出危险的目的,而且还能节省大量的人力、财力和物力。

1 抽采半径测定方法及考察步骤

1.1 测定方法

钻孔瓦斯抽采有效影响半径是指单个钻孔在一定抽采时间内沿其半径方向能够达到抽采目标的最小范围。目前常用的钻孔有效抽采半径测定方法是煤层瓦斯压力降低法[1,2,3,4]。该方法是指在原始煤体区域内间隔一定距离布置测压钻孔,测定煤层原始瓦斯压力,待瓦斯压力稳定后,在测压钻孔周围一定距离处施工几个特定孔径的抽采钻孔,在一定的抽采时间内,测压钻孔瓦斯压力降低并且稳定到一定程度,则认为该测压钻孔与抽采钻孔之间的距离为该特定孔径钻孔在抽采时间内的有效抽采半径。该方法需现场测定煤层瓦斯压力,存在测定周期长、成本高的缺点,而且针对顺层钻孔抽采半径考察,由于煤层结构及瓦斯抽采作用,往往出现测压钻孔的瓦斯压力突然间卸压,从而造成考察失败,成功率较低。

钻孔抽采影响半径主要与煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采钻孔直径及抽采负压、抽采目标及时间等因素有关。

根据《煤矿安全规程》[5]、《防治煤与瓦斯突出规定》[6]等规定,确定抽采目标[7]。

1)将残余瓦斯含量降低到8 m3/t时的瓦斯抽采率η1:

2)将残余瓦斯含量降低到始突深度处煤层瓦斯含量时的瓦斯抽采率η2:

3)将残余瓦斯压力降低到0.74 MPa时的瓦斯抽采率η3:

4)将残余瓦斯压力降低到始突深度的瓦斯压力时的瓦斯抽采率η4:

5)按《煤矿瓦斯抽采基本指标》[8]规定的瓦斯抽采率η5。

确定的瓦斯抽采率如下:

抽采瓦斯总量可按下式计算:

式中L1、L2——抽采钻孔控制区域长度、宽度,m;

h——抽采钻孔控制区域煤层厚度,m;

ρ——抽采钻孔控制区域煤的密度,t/m3;

W——抽采钻孔控制区域煤层原始瓦斯含量,m3/t;

η——确定的抽采率。

抽采钻孔数量则按下式计算:

式中Q单为抽采时间内统计的单孔抽采量,m3。

Q单的统计计算:一是根据测试数据直接累计得出;二是根据测试数据拟合抽采衰减负指数曲线,再进行积分求解出不同时间的抽采总量。

最后,将N个钻孔平均分布在抽采钻孔控制区域,即可解算出一定抽采时间内的钻孔抽采半径。钻孔抽采半径可采用下式计算:

式中r为抽采半径。

1.2 考察步骤

1)采用DGC瓦斯含量测定装置直接测定试验区煤层原始瓦斯含量W或采用间接法计算煤层原始瓦斯含量;

2)施工1组(10个)抽采钻孔,间距8m;

3)根据抽采目标,计算需要抽采的瓦斯量;

4)根据不同时间的抽采量,计算钻孔瓦斯抽采半径。

2 工程地质条件

新集二矿2101采区共有2层煤,分别为1上煤和1煤层,均为可采煤层。1煤层平均厚度3.9 m,厚度稳定,煤层整体结构较简单,煤层倾角4°~12°,平均9°。1上煤层厚度0~4.44 m,平均3.5 m,煤层整体结构较简单,煤层倾角4°~12°,平均9°。1煤与1上煤层之间发育一层0~1.7 m厚的灰黑色泥岩夹矸。

试验区位于210108工作面,工作面走向长1 485.3 m,倾向长145.5 m,面积216 110 m2;可采走向长1 338.3 m;煤层倾角5°~12°(平均8°),可采斜面积96 638 m2,井下标高-608.3~-647.1m。煤层瓦斯含量为6.65 m3/t,未发生过突出现象。工作面采用走向长壁后退式综合机械化一次采全高、全部垮落及强制放顶式控制顶板的采煤方法。

3 抽采钻孔布置

根据现场考察决定在210108工作面3#钻场沿煤层施工1组顺层抽采钻孔。顺层抽采钻孔的施工参数:钻孔直径94 mm,孔底间距8 m,扇形布置。沿机巷掘进方向控制35 m,沿煤层倾向控制100 m。该种布置方式能解决现场条件不能施工平行顺层考察钻孔问题。抽采钻孔布置设计见图1,钻孔施工参数见表1。

4 考察结果及分析

1)根据统计流量计算抽采半径

根据《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定,依据1煤层工作面瓦斯涌出量预测,将采面瓦斯抽采率大于等于30%作为确定钻孔抽采半径的依据。

210108工作面3#钻场抽采半径考察钻孔控制区域需要抽采瓦斯量:

为了减少钻孔长度差异的影响,210108工作面3#钻场采用10个钻孔统一计量,计算钻孔控制区域内平均单孔瓦斯抽采量,统计结果(当天平均单孔抽采纯量)见表2。

实际每天平均单孔抽采纯量并不相等,根据每天的平均抽采纯量累计计算出钻孔抽采15、30、60 d的抽采纯量见表3,抽采半径计算结果见表3,其抽采负压为13 k Pa,抽采钻孔直径为94 mm。

2)根据拟合流量曲线计算抽采半径

根据210108工作面3#钻场平均单孔日抽采瓦斯量统计结果拟合得出抽采衰减负指数曲线,如图2所示,其数据相关系数R2=0.961 6,数据相关性强,其衰减负指数曲线能有效代表210108工作面钻孔单孔抽采瓦斯规律。

根据该抽采衰减负指数曲线公式(10),积分解算210108工作面钻孔抽采半径,结果见表4。

综上所述,以上两种方法算出的钻孔抽采半径基本相符合,考察计算得出1煤层钻孔2个月抽采半径为2.5 m,极限抽采半径为3.1 m。

5 结语

1)新集二矿1煤层2个月钻孔瓦斯抽采半径为2.5 m,极限抽采半径为3.1 m。

2)该方法可作为传统抽采半径测定方法的一种参考,用以指导矿井瓦斯灾害治理工作。

参考文献

[1]徐三民.确定瓦斯有效抽采半径的方法讨论[J].煤炭工程师,1996(3):43-45.

[2]吕贵春.可解吸瓦斯含量降低法在顺层钻孔瓦斯抽采半径考察中的应用[J].矿业安全与环保,2012,39(2):52-55.

[3]张永将,孟贤正.高压水射流水力扩孔抽采半径考察研究[J].矿业安全与环保,2012,39(S1):45-46.

[4]余陶,卢平,孙金华,等.基于钻孔瓦斯流量和压力测定有效抽采半径[J].采矿与安全工程学报,2012,29(4):596-600.

[5]国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京:煤炭工业出版社,2011.

[6]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[S].北京:煤炭工业出版社,2009.

[7]唐兵,司春风,孟贤正.钻孔瓦斯抽采半径的确定方法及实践[J].矿业安全与环保,2012,39(4):43-45.

钻孔瓦斯含量 篇3

我国的高瓦斯矿井很多, 随着开采深度和强度的增加, 有些低瓦斯矿井也出现了高瓦斯区域。工作面进行回采时, 常常引起工作面上隅角及回风巷瓦斯超限, 迫使工作面限产, 甚至停产而影响产量。早期完全依靠增大风量来冲淡瓦斯, 后来逐步采用少量单一的抽放瓦斯方式, 配合通风稀释来解决瓦斯超限问题。随着科技发展, 许多先进技术应运而生, 如仰角钻孔瓦斯抽放技术在高突煤矿得到了广泛的应用。

1 仰角钻孔瓦斯抽放技术原理

仰角钻孔就是采用顶板走向钻孔抽采技术, 从工作面回风巷沿走向在煤层顶板向采空区上方施工钻孔。主要作用是以工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道来抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。

根据回采工作面矿山压力规律的研究, 煤层随工作面回采, 在工作面周围将形成一个采动压力场, 采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成三个带, 即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。在水平方向形成三个区, 即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场中形成的裂隙空间, 便成为瓦斯流动通道。

2 仰角钻孔抽放的主要参数

仰角钻孔瓦斯抽放的主要参数包括计算参数和施工参数两大类。计算参数是通过大量实际资料对终孔目的区进行优化后确定的区间参数, 主要指X、Y、H, 施工参数是根据计算参数确定的钻孔现场施工参数, 主要指L、α、β、和封孔长度L0, 如图1所示。

图1中:OA为钻孔, OEB为水平面, OBD为煤层面, OB为风巷;X为钻孔轴线在风巷方向投影长度;Y为钻孔终孔点在煤层面垂直投影点到风巷的距离;H为钻孔终孔点距煤层顶界垂直高度;L为钻孔孔深 (长度) ;α为钻孔水平投影线与风巷夹角;β为钻孔仰角;L。为钻孔封孔长度。

在施工钻场时, 主要考虑以下几点:钻孔终孔点距煤层顶垂直高度, 是否进入顶板裂隙带内;分析煤层岩性硬度、层间距、地质构造;老顶冒落跨落距和老顶冒落的“O”型圈来确定钻孔的长度和钻孔终孔点在煤层面垂直投影点到风巷的距离;根据冒落带和裂隙带高度公式计算, 分析裂隙带高度;通过以上综合分析可确定钻孔垂直高度, 以这个垂直高度为参考数值, 多布置不同参数钻孔, 经过实践和理论相结合, 确定钻场钻孔参数。

3 仰角钻孔抽放现场试验

新建煤矿为斜、立井多水平开拓, 现生产二水平, 标高为-450 m。根据2006年瓦斯鉴定结果, 瓦斯等级为高瓦斯矿井, 该矿相对瓦斯涌出量30.5 m3/t, 绝对瓦斯涌出量92.28 m3/min。矿井瓦斯来源:采煤:64%, 掘进:21%, 采空区及其它:15%。

新建煤矿八采区40081采煤工作面位于二水平92#层右一区段。煤层均厚1.05 m, 倾角3°～4°, 工作面走向长950 m, 倾向长180 m, 根据采煤工作面顶板冒落公式和裂隙带公式[1]求得:

式中, ∑h为冒落高度, m;M为采出煤层厚度, 取1.05 m;α为煤层倾角, 取3.5°;k为岩石碎胀系数, 取1.3。

式中, H为裂隙带高度, m;∑M为采高, 取1.05 m。

经过计算, 40081工作面合理的冒落带高度为3.5～5 m, 裂隙带高度为5～19.8 m, 在满足抽放有效距离及钻孔始抽距离的基础上, 确定钻场间距为100 m, 每个钻场布置3个孔。第1钻孔仰角2.5°, 方位角为295°, 钻孔长度175m, 钻孔终孔点距风巷距离12 m, 经过计算, 钻孔终孔点距煤层顶界的垂直高度7.8 m, 钻孔抽放浓度1.2%～5%, 第2钻孔仰角6°, 方位角为290°, 钻孔长度180 m, 钻孔终孔点距风巷距离18 m, 经过计算, 钻孔终孔点距煤层顶界的垂直高度21 m, 钻孔抽放浓度10%～75%, 第3钻孔仰角5°, 方位角为285°, 钻孔长度190 m, 钻孔终孔点距风巷距离38 m, 经过计算, 钻孔终孔点距顶界的垂直高度18 m, 钻孔抽放浓度10%～60%。通过考察表明, 在有效抽放期内钻孔最大浓度为75%, 抽放浓度与工作面推进距离的关系如图2所示。

从图2中可以看出, 1孔瓦斯抽放浓度曲线变化不大, 这说明1孔终孔位置打在冒落带或接近裂隙带, 此孔没有抽放价值, 2孔瓦斯抽放浓度曲线变化很大, 钻孔的有效作用范围是从采面距钻孔终孔位置水平147 m左右开始到采面距钻孔开孔位置水平25 m左右为止, 与此相对应的高差是8～18 m, 钻孔抽放浓度在10%～75%之间, 可稳定在35%左右。这说明2孔终孔位置打在裂隙带内, 比较3孔抽放效果更显著。通过以上分析可以确定八采区92#层顶板裂隙带高度在18 m左右。

4 瓦斯抽放技术现场应用前后效果对比分析

通过精确计算出钻孔施工参数, 以保证抽放最佳效果, 三个采煤工作面钻场的钻孔浓度测试结果如表1所示。

由于采取了仰角钻孔抽放, 大大降低了采掘工作面及其回风流中的瓦斯浓度, 取得了良好效果, 特别是40081、40072、40091采煤工作面, 治理瓦斯取得了最佳效果, 如表2所示。采用仰角钻孔抽放后:回风瓦斯浓度较抽放前减小0.3%～0.5%;上隅角瓦斯浓度较抽放前减小0.3%～0.7%;回风量较抽放前减小10%～30%;绝对涌出量比抽放前减少49%～67%, 单产较抽放前增长32%～50%。

5 仰角钻孔瓦斯抽放应用前景

高瓦斯工作面仅进行本煤层预抽还不能满足机械化采煤工作面的要求, 为减小回采过程中瓦斯超限, 特别是进行上隅角瓦斯治理, 在生产过程中采用仰角钻孔继续开展瓦斯抽放是一种重要的措施和方法。

目前需要解决的问题是:应将仰角钻孔抽放纳入高突危险工作面的设计, 在采面掘进过程中和采面移交前施工好仰角钻场;继续研究仰角钻孔的目的区, 优化钻孔参数;对过硬岩层的钻进方法和设备做进一步研究。

参考文献

钻孔瓦斯含量 篇4

煤层瓦斯压力是煤层孔隙内气体分子热运动撞击所产生的作用力, 它在某一点上各向大小相等, 方向与孔隙壁垂直。煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量多少、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象潜能大小的基本参数, 是研究与评价瓦斯储量、瓦斯涌出、瓦斯流动、瓦斯抽放与瓦斯突出问题的重要参数。目前煤层瓦斯压力主要是通过现场实测得到。一般通过在巷道内向煤层施工穿层钻孔, 然后采用封堵材料将测压管路封堵在钻孔中, 保证严密不漏气, 装上压力表, 待一段时间瓦斯压力稳定后, 读出压力表示数, 从而测定煤层瓦斯压力。测压钻孔的封孔方法经过多年的发展, 目前主要有水泥浆封孔、黄泥封孔、封孔、和胶囊封孔等封孔方法。上述封孔方法 (认为钻孔封孔严密不漏气) 在封孔过程中, 都存在封孔时间长, 瓦斯损失量大, 瓦斯测定时间长等缺点。

本文通过分析穿层钻孔的瓦斯流动, 计算其瓦斯损失量, 对比分析瓦斯损失量的影响因素, 提出减少测压时间的方法。

1 测压钻孔瓦斯流动规律

1.1 煤层瓦斯流动基本理论

瓦斯在煤层中以吸附和游离两种状态存在。其中, 吸附瓦斯以固溶态吸附在煤体孔隙表面和煤体结构内部, 主要存在于微孔和小孔中。游离瓦斯以气态存在于煤层孔隙空间, 主要存在于裂隙、大孔和中孔中。文献[1]认为瓦斯在煤层中主要是层流渗流运动和扩散运动。其中层流渗流扩散运动基本符合达西定律, 并且主要发生在煤体大孔和微裂隙中, 扩散运动基本符合菲克定律, 且主要发生在煤体微孔隙中。中国矿业大学周世宁院士研究认为用达西定律描述瓦斯在煤层中的流动是完全可以的。测压钻孔的瓦斯流动按照流动分类属于径向不稳定流动, 其流动规律符合达西定律[1,2], 其流动模型如图1所示。

1.2 测压钻孔瓦斯流动模型建立

在分析穿层钻孔瓦斯流动规律时, 作如下假设[1,3]:煤质均匀;煤层顶底板不含瓦斯, 即瓦斯只由煤层向钻孔内涌出;瓦斯在流动过程中, 钻孔周围的透气性不变;瓦斯可视为理想气体, 瓦斯渗流过程按等温过程处理;瓦斯吸附符合朗格缪尔方程, 煤层中瓦斯解吸在瞬间完成, 不对瓦斯渗流产生影响;瓦斯在煤层中的流动符合达西定律。

在以上假设的基础上, 根据质量守恒定律, 得以下方程组:

式中ρ—瓦斯在压力为P时的密度, t/m3;

—瓦斯流动的速度向量, m/d;

M—单位体积煤体的瓦斯量, t/m3;

k—煤的渗透率;

μ—瓦斯的绝对粘度, MPa/d;

ρn—瓦斯压力为Pn时的密度, t/m3;

Pn—1个标准大气压, 取0.101325MPa;

P—瓦斯压力, MPa。

又有M=ρnQ, 得出穿层钻孔径向不稳定流动的偏微分方程:

其中:

式中P—煤层瓦斯压力;

λ—煤层透气性系数, m2/ (MPa2gd) ;

a—煤对瓦斯的极限吸附量, m3/t;

b—瓦斯吸附常数, MPa-1;

γ—煤的视密度, t/m3;

δ—煤的孔隙率, %;

r—煤层内一点距钻孔中心的距离, m;

t—煤壁暴露时间, d。

式 (1) 的定解条件为:

初始条件为:t=0时, U=U0=P02

边界条件为:

通过解方程 (1) , 可以得到钻孔周围煤层瓦斯压力P与时间t和距钻孔中心距离r的关系:

P=P (t, r)

根据朗格缪尔方程, 则钻孔瓦斯的涌出量Q与时间的关系为:Q=

其中:

式中 Q—瓦斯损失量, m3;

h—钻孔穿煤长度, m;

A—煤的灰分, %;

W—煤的水分, %;

其余符号意义同前。

方程 (1) 很难给出其解析解, 故采用有限差分法和FORTRAN语言进行数值模拟, 给出其数值解, 进而求出钻孔瓦斯涌出量。

2 数值模拟结果及分析

为简化计算, 我们假设钻孔周围的煤层透气性也不变, 等于煤层原始透气性。在施工过程中, 钻机穿煤时间很短, 忽略不计。

在计算时取煤层厚度为2 m, 钻孔直径分别为42 mm、75 mm和120 mm, 煤层原始瓦斯压力为2.1 MPa, 煤层透气性为0.1, 其余数据如表1所示。

模拟结果如图2～4所示。

从图2中可以看出, 随着远离钻孔, 穿层钻孔周围煤层瓦斯压力由大气压逐渐增大至煤原始瓦斯压力, 在此过程中瓦斯压力梯度逐渐降低, 直至变为0。同时, 钻孔暴露的时间越长, 钻孔周围煤体瓦斯压力下降的范围越大。

图3表明, 不同直径的测压钻孔, 其瓦斯损失量不同, 钻孔直径越大, 其瓦斯损失量也越大, 但损失量的增幅小于钻孔直径的增幅。从图3可以看出, 直径120 mm的测压孔其瓦斯损失量是直径42 mm的测压孔瓦斯损失量的1.2倍左右。

图4表明, 随着测压钻孔穿透煤层深度增大, 其瓦斯损失量将增大。钻孔穿煤2 m时的瓦斯损失量是钻孔穿煤2 m时瓦斯损失量2倍, 瓦斯损失量变化基本与钻孔直径变化倍数成线性关系。

同时, 从图3～4中也可以看出, 随着时间的延长, 钻孔的瓦斯损失量将增大, 但其瓦斯释放的速率是逐渐变小的。

通过上述分析, 影响钻孔瓦斯损失量的因素主要有钻孔封孔时间 (从钻孔穿煤到装表测压的时间) 、钻孔穿煤长度和钻孔直径。其中钻孔封孔时间主要是通过影响钻孔煤体瓦斯排放时间来影响钻孔瓦斯损失量, 而后二者主要是通过改变钻孔内煤体的暴露面积, 从而影响钻孔瓦斯损失量。基于此分析, 认为在施工测压钻孔时, 减少钻孔封孔前瓦斯损失量的方法有: (1) 提高钻孔封孔效率, 缩短钻孔封孔时间, 从而减小钻孔煤壁的暴露时间, 降低钻孔瓦斯损失量。这要求改进测压封孔工艺, 简化封孔程序。比如利用水泥浆封孔, 需要等待水泥浆凝固达到一定强度要求后才能封孔, 一般需要24 h, 在此段时间内, 大量的瓦斯从钻孔内涌出, 造成钻孔周围大范围的卸压, 装表后需要很长的时间才能实现压力稳定。 (2) 减小钻孔穿煤长度。测压孔穿煤长度越长, 其煤体暴露面越大, 其瓦斯涌出面积越大, 其瓦斯损失量越大。减小测压钻孔的穿煤长度, 可以有效的减小煤体瓦斯暴露面, 减少瓦斯的损失量, 缩短测压孔瓦斯压力稳定时间。 (3) 减小测压孔的直径。减小测压钻孔的直径, 也可以减小钻孔煤体的暴露, 从而减少钻孔测压前的瓦斯损失量, 加快测压孔瓦斯压力平衡。

此外, 在减少钻孔瓦斯损失量的同时, 还可以通过向钻孔内, 补充气体, 抵消其瓦斯损失量, 缩短瓦斯压力的稳定时间, 加快瓦斯压力测定。但是, 由于煤对不同气体的吸附性能不同, 所注入的气体的量也将不同。在目前可以方便取得并能够向钻孔内注入的气体有3种:CO2、CH4、N2。不同气体注入量本文在此不对其进行研究。

3 结论

(1) 测压钻孔周围瓦斯流动为径向不稳定流动, 可以用达西定律描述。

(2) 在不考虑煤层自身的性质下, 测压钻孔瓦斯损失量受钻孔封孔时间、钻孔穿煤长度和钻孔直径大小等因素的影响。封孔时间越长, 则钻孔煤壁的暴露时间越长, 瓦斯释放时间越长, 造成的瓦斯损失量越大;穿煤长度和钻孔直径越大, 则钻孔煤壁的暴露面积越大, 瓦斯单位时间内瓦斯释放量越大, 钻孔瓦斯损失也越大。

(3) 缩短钻孔封孔时间、减小钻孔穿煤长度和采用小直径钻孔均可以有效减少钻孔瓦斯损失量, 缩短封孔后瓦斯压力稳定的时间, 加快瓦斯压力的测定。

参考文献

[1]周世宁, 林柏泉.煤层瓦斯赋存流动理论[M].北京:煤炭工业出版社, 1999.

[2]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992.

瓦斯压力测定钻孔封孔工艺优化 篇5

1 影响测压成功的因素

(1) 测压地点选择[1]:测压地点地质情况对测定结果有很大影响, 根据行业规范《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》 (AQ/T1047—2007) 规定, 应优先选择在石门或岩巷中岩性致密且无构造、裂隙等地质构造的地点。

(2) 测压钻孔必须有足够的封孔深度, 穿层测压钻孔的见煤点或顺层测压钻孔的测压气室应位于巷道的卸压圈之外。

(3) 采用注浆封孔时, 应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, 膨胀剂 (膨胀率不小于0.02%) 的掺量为水泥的12%。

2 瓦斯测压钻孔封孔工艺研究

根据现场地质情况, 封孔工艺可以归纳为5类:孔口岩石破碎型、注浆段煤层松软型、小倾角或近水平型、封孔段长度过长型、和俯孔型。

2.1 孔口岩石破碎型

实际工作中, 在运用穿层孔测压时经常遇到孔口段岩石较破碎情况, 加之矿井在加固巷道时施工的大量锚杆、锚索等, 封孔时容易造成漏浆现象, 甚至导致钻孔报废。经过现场实际工作中观察, 漏浆段岩层厚度往往不超过3 m (即小于巷道卸压圈的裂隙带高度) , 如果能避开这段再向上就进入了岩层致密段。针对这种情况, 提出“聚氨酯+水泥浆”的封孔方法。即按照水泥浆封孔方法连接好注浆管和测压管后, 首先用聚氨酯封堵孔口的2～3 m较为破碎岩层段, 然后再用水泥浆注浆密封剩余段。封孔情况如图1所示。注浆封孔设备为:额定压力4 MPa的注浆泵;高精度气体压力表 (额定压力4 MPa、最小刻度0.1 MPa) ;内径25 mm、额定压力32 MPa的高压胶管;Ø22 mm白铁管作为测压管。

2.2 注浆段煤层松软型

目前, 绝大多数地方煤矿采掘巷道越来越多地选择在煤层中布置, 多数情况下矿井测定煤层压力时不具备从底板或顶板岩石巷向待测煤层打穿层测压钻孔的条件, 而当煤层倾角较小, 并且煤层较松软时封孔较为困难。按照传统的注浆封孔方法, 经常造成注浆管堵塞、钻孔塌孔, 后果是封孔长度不能准确估计或者封孔失败。因此有必要研究针对上述特殊情况下的注浆封孔工艺。经过分析, 造成封孔困难的原因主要是当煤层较松软时, 遇到水泥浆时往往会形成糊状沉淀物使钻孔中某一段堵塞, 进而造成后续注浆过程中压力过大、高压管损坏等情况。因此提出改变注浆管的安装方式, 将传统的从下向上注浆改为从上向下注浆, 使钻孔中形成的糊状物随着后续注入水泥浆的冲击下沉至孔口, 经实践检验效果较好。封孔效果如图2所示。

2.3 小倾角或近水平型

根据目前测压规范[2], 测压孔的最小倾角必须大于5°, 并且封孔深度不小于L封=L1+Dcot θ。其中, L封为钻孔实际封孔深度, m;D为钻孔直径, m;θ为钻孔的倾角, (°) 。

如果按照上述公式, 较小倾角的测压钻孔封孔深度将非常大, 并且按照通常的封孔方法, 钻孔封孔后孔上部将形成较大的三角空体积。为减小小倾角下钻孔中的三角空体积, 经分析, 决定采用“加堵浆板”的封孔方法。即在按照正常注浆法封孔前, 首先在筛孔管尾部添加堵浆板, 然后在堵浆板周围用破布条或棉纱捆扎一圈形成倒扫帚形, 将改装后的测压管安装到位后使堵浆板和棉纱相互作用与孔壁间密封, 保证后续注入的水泥浆不会充满整个钻孔木塞与堵浆板之间的空间。这种方法经过现场试验, 取得了良好效果。普通的注浆封孔和加堵浆板后的注浆封孔效果对比如图3所示。

2.4 封孔长度过长型

当遇到矿井开采煤层群时, 巷道布置在下部煤层中, 需要测定上部煤层瓦斯压力, 而层间距较大, 此时一个测压钻孔深度往往达到60 m以上甚至更长。在采用注浆封孔时普通功率的注浆泵难以满足现场要求, 因此, 如何能利用普通的设备密封较长的测压孔, 成为困扰现场施工人员的难题。经过分析研究, 在注浆封孔时所需要的压力为注浆管口到孔底间所形成的高差的水泥浆产生的压力, 在钻孔长度不能改变的前提下, 通过增加注浆管的长度也能达到降低注浆泵输出压力的要求。如图4所示, 该法经现场测验, 是可行的。

2.5 俯斜且长度较大型

在以往测压过程中, 经常遇到新建矿井的主要巷道均布置在待测煤层上方, 要想准确测定煤层瓦斯压力, 下向孔的封孔质量显得尤为重要。但是, 下向孔封孔因为排渣困难, 存在瓦斯气、煤层水等多种因素影响, 一直是被动法测压的难点。通过对下向孔封孔技术难点的分析, 探索了适用于穿松软煤层、易垮孔、涌水的下向钻孔测压工艺技术, 并在现场测试过程中取得了成功。

下向孔施工时要注意, 首先应优先选择大直径钻孔;其次在从煤层顶板钻进后, 不需钻进到煤层底板, 因为在钻进过程中钻屑从钻进位置运移到孔口需要一定时间。因此, 在钻头进入煤层底板之前应停钻进行封孔。

封孔之前, 首先用压风将钻孔内的水和残渣排出孔外, 然后同步下放测压管、注浆管, 根据煤层厚度在测压管端部一根以上位置安装堵漏塞, 然后交替下放测压管和注浆管直到孔口。安装测压管结束后, 堵住孔口并安装排水管和阀门。在注浆过程中观察排水管排水情况, 直到排水管排出的全为水泥浆为止。管路安装方式如图5所示。

3 现场试验验证

3.1 孔口岩石破碎型测压钻孔

同鑫煤矿位于贵州省桐梓县楚米镇, 为测定C3煤层的原始瓦斯压力, 施工穿层测压钻孔, 钻孔参数及测定结果见表1[3]。由表1可知, 3-6号孔由于封孔过程中出现漏气而影响测定结果。

3.2 松软煤层中顺煤层测压钻孔

林华二矿位于贵州省金沙县, 由于矿井无底板巷道, 因此为测定9#煤层瓦斯压力的测压钻孔均为顺层钻孔, 钻孔参数及测定结果见表2[4]。

3.3 小倾角或近水平测压孔

玖园煤矿位于贵州省沙土镇, 测定5#煤层原始瓦斯压力的测压钻孔均为顺层测压钻孔, 钻孔参数及测定结果见表3[5]。

3.4 封孔长度过长测压孔

中岭煤矿位于贵州省六盘水市, 测定1#煤层的原始瓦斯压力的穿层测压钻孔总孔长超过了55 m, 钻孔参数及测定结果见表4[6]。

3.5 俯斜且长度较大测压孔

那罗寨煤矿位于贵州省六盘水市, 由于井下巷道条件限制, 为了测定13#煤层的原始瓦斯压力, 需要采用俯斜穿层测压钻孔, 钻孔参数及测定结果见表5[7]。

4 结论

根据实际情况, 可将测压钻孔分为:孔口岩石破碎型、注浆段煤层松软型、小倾角或近水平型、封孔段长度过长型、俯孔型5类情况。对于不同类型的封孔条件提出了有针对性的解决方案。通过实践验证, 上述方法效果较好。

摘要：煤层瓦斯压力是瓦斯基本参数中关键的参数之一。通过总结不同条件下的封孔工艺及方法, 针对不同条件选用合理的封孔方法, 解决了复杂地质条件下测压钻孔因漏浆、垮孔等原因导致测压钻孔报废的问题, 提高了封孔成功率。

关键词：测压,地质条件,封孔工艺

参考文献

[1]何书建, 张仁贵, 王凯, 等.新型封孔技术在煤层瓦斯压力测定中的应用[J].煤炭科学技术, 2003 (10) :33-35.

[2]国家安全生产监督管理总局.AQ/T 1024—2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法[S].北京:煤炭工业出版社, 2007.

[3]肖文江, 冯康武, 刘志伟, 等.贵州同鑫煤矿C3、C4、C5、C6煤层瓦斯基本参数测定及煤层区域突出危险性鉴定报告[R].重庆:重庆煤科院, 2010.

[4]冯康武, 张淑同, 李秋林, 等.林华二矿4号、5号、9号煤层瓦斯基本参数测定及煤层区域突出危险性鉴定报告[R].重庆:重庆煤科院, 2006

[5]万振亚, 冯康武, 霍永明, 等.贵州玖园煤矿5号、8号煤层瓦斯基本参数测定及煤层区域突出危险性鉴定报告[R].重庆:重庆煤科院, 2008.

[6]田景岗, 杜昌华, 冯康武, 等.贵州中岭矿业有限公司一井、二井煤层瓦斯基本参数测定及煤层区域突出危险性鉴定报告[R].重庆:重庆煤科院, 2006.

瓦斯抽采钻孔有效影响半径测定 篇6

按照《防治煤与瓦斯突出规定》要求, 突出煤层在开采前应首先对其实施区域防突措施, 而在区域防突措施中, 优先推荐开采保护层。但我国开采突出煤层的矿井中, 仅有三分之一的矿井具备开采保护层的条件。对于不具备开采保护层条件的煤层, 为了在采前消除其突出危险性, 必须在采掘前对其实施预抽煤层瓦斯区域防突措施, 并对其消突效果进行检验。也就是说, 绝大多数突出矿井要采取预抽煤层瓦斯区域消突措施, 顺层钻孔预抽煤层瓦斯已成为目前突出矿井最为常用的消突措施。而预抽钻孔布置参数决定着煤层区域消突效果, 在预抽钻孔布置参数中钻孔间距又较为重要。预抽钻孔的抽采影响半径是进行抽采方法选择、确定钻孔布置参数以及评价抽采效果的重要依据[1,2,3,4]。若预抽钻孔间距较大, 易造成抽采空白带, 难以完全消除煤层的突出危险性;若抽采钻孔间距较小, 将造成消突工程过大, 浪费人力和物力, 因此, 准确测定预抽钻孔影响半径对煤层消突效果具有重要现实意义。

永红煤矿位于山西省晋城市沁水县东南部嘉峰镇境内, 隶属于沁和能源集团有限公司, 井田走向长3.2 km, 倾向宽2.65 km, 面积8.517 km2, 开采3号煤层。

矿井始建于1971年, 2009年核定生产能力1 200 kt/a。根据近年来瓦斯等级鉴定报告, 矿井最大相对瓦斯涌出量为94.37 m3/t (2008年) , 最大绝对瓦斯涌出量为153.3 m3/min (2007年) , 为煤与瓦斯突出矿井。

永红煤矿为单一煤层开采, 不具备开采保护层条件, 为了消突煤层的突出危险性, 矿井将预抽作为区域消突措施。预抽钻孔间距直接决定消突效果的好坏, 若钻孔间距布置不合理, 在一定时间内煤层难以完全消除突出危险性, 因此, 进行预抽钻孔抽采影响半径测定对永红煤矿3号煤层消突具有重要意义。

2 气体压力法测试原理及步骤

2.1 测试原理

预抽钻孔在抽采煤层瓦斯时, 在煤层孔底负压及瓦斯压力的共同作用下, 预抽钻孔周围煤体的瓦斯不断地进入钻孔影响区域并被抽走, 逐渐形成以钻孔中线为轴心的类似圆柱形的抽采影响区域, 该抽采影响区域的半径就是该预抽钻孔抽采影响半径;随着抽采时间的延长, 抽采影响半径将会逐渐增加, 直至煤层中瓦斯压力与孔底负压之差难以克服深部煤体瓦斯运移至钻孔影响区域的阻力时为止。在钻孔抽采影响区域内, 煤层中瓦斯压力逐渐降低, 由此在预抽钻孔周边不同距离地点布置一系列的测试钻孔, 通过对测试钻孔内气体压力的变化趋势确定预抽钻孔的抽采影响半径[5,6,7]。

2.2 测试步骤

(1) 施工3个测试孔和2个预抽孔, 钻孔应相互平行;

(2) 对预抽钻孔联网预抽前, 密封3个测试孔, 不间断对测试孔内气体压力进行测定, 直至气体压力不再变化;

(3) 对预抽钻孔进行抽采, 继续测定测试孔内的气体压力, 并根据测试数据绘制出各个测试孔气体压力变化曲线;若某一个测试钻孔连续3次测定的气体压力都比预抽前降低了10%以上, 则表明该测试孔处于抽采钻孔的有效影响范围内, 最后根据距离预抽钻孔最远的测试孔确定预抽钻孔抽采影响范围, 即确定抽采钻孔的抽采影响半径。

3 气体压力法现场试验

3.1 试验工作面概况

3511运输顺槽掘进工作面位于新区3500轨道大巷左侧, 是新区左翼上分层第2个综采工作面, 西、南为实体煤, 东侧与3500轨道大巷相接, 3511运输顺槽正巷设计长度为1 120 m, 沿煤层底板掘进, 现已掘进500 m。

煤层倾角5°~8°, 平均厚度5.90 m, 变化不大, 含一层夹矸, 厚度平均0.1 m, 其岩性以炭质泥岩为主。顶板以炭质泥岩为主, 泥岩次之, 底板以粉砂岩为主, 泥岩次之。据永红煤矿3号煤层瓦斯地质图, 3511运输顺槽掘进工作面所处区域煤层瓦斯含量约13~15 m3/t, 具有煤与瓦斯突出危险性。煤层属于不易自燃煤层, 煤尘无爆炸性。

3.2 测试过程

测试地点选择在永红煤矿3511运输顺槽120 m处, 测试孔和预抽孔布置图如图1所示。

在顺槽煤壁依次施工3#、4#和5#测试孔, 每个相邻钻孔间距为0.5 m, 测试孔开孔高度均为1.0 m, 钻孔直径为94 mm, 测试孔孔深30 m, 钻孔倾角6°, 垂直与顺槽中心线, 采用聚氨酯封孔, 封孔深度10 m, 连续测试各个测试孔的气体压力, 待测试孔气体压力稳定后施工1#、2#预抽钻孔, 预抽钻孔开孔高度1.0 m, 预抽钻孔直径94 mm, 孔深30 m, 倾角6°, 垂直与顺槽中心线, 采用聚氨酯封孔, 封孔深度10 m, 测试孔气体压力稳定后开始对预抽钻孔进行抽采, 预抽钻孔负压不低于13 k Pa。

3.3 结果分析

根据1#和2#孔预抽前后测定的3#、4#和5#孔内气体压力, 绘制了各测试孔的气体压力变化趋势图, 各测试孔气体压力变化曲线如图2~4所示, 图中虚线为开始对预抽孔实施抽采时间。

测定结果表明, 在预抽钻孔开始抽采瓦斯后, 距2#预抽孔1.5 m的3#测试孔和距预抽孔2.5 m的4#测试孔孔内气体压力得到不同程度地减小, 而距离2#预抽孔3.5 m的5#测试孔瓦斯压力依然呈原来的上升趋势, 其中, 3#测试孔孔内气体压力最大降幅达47.78%, 平均减幅38.33%, 4#测试孔孔内气体压力最大降幅为13.95%, 平均减幅10.73%;根据3#和4#孔孔内气体压力变化情况可以判定:永红煤矿φ94 mm钻孔抽采影响半径约2.5 m。

4 结语

(1) 采用气体压力法对永红煤矿φ94 mm预抽钻孔抽采半径进行了测定, 测定结果显示:永红煤矿φ94 mm钻孔抽采有效影响半径为2.5 m。

(2) 根据实测的预抽钻孔抽采影响半径, 建议永红煤矿在施工抽采钻孔时, 其间距不得大于4 m, 在地质构造变化带, 还应适当减小钻孔间距。考虑到永红煤矿3#煤层平均厚度达到5.90 m, 为使预抽钻孔全部覆盖整个煤层, 建议矿井区域预抽钻孔应至少布置2排。

(3) 由于永红煤矿是煤与瓦斯突出矿井, 建议矿井在生产过程中垂深每增加50 m应及时测定瓦斯基础参数, 更多的掌握瓦斯赋存规律, 为瓦斯治理提供依据。

摘要：预抽钻孔抽采影响半径是瓦斯抽采设计的基本依据, 也是瓦斯治理的基础参数。永红煤矿3号煤层为煤与瓦斯突出煤层, 矿井采用预抽煤层瓦斯作为区域消突措施, 为了获取永红煤矿3号煤层瓦斯抽采影响半径, 为3号煤层瓦斯抽采设计提供依据, 采用气体压力法测试了3号煤层预抽钻孔瓦斯抽采影响半径, 测试结果表明, 永红煤矿3号煤层直径为94 mm的预抽钻孔抽采影响半径为2.5 m。根据测试结果, 并结合永红煤矿3号煤层平均厚度, 建议永红煤矿相邻两个预抽钻孔间距不应大于4.0 m, 且应至少布置2排。测试结果为永红煤矿3号煤层区域消突措施的制定提供了重要依据。

关键词：瓦斯抽采,有效影响半径,气体压力法

参考文献

[1]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

[2]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

[3]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 (2) :40-42

[4]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992

[5]徐东方, 王兆丰.压降法测定钻孔的抽放影响半径试验研究[J].煤矿安全, 2009 (5) :1-3

[6]周红星, 程远平, 谢战良.计算机模拟确定瓦斯抽放有效半径的方法研究[J].能源技术与管理, 2005 (4) :81-82

钻孔瓦斯含量 篇7

煤层瓦斯含量预测不仅是矿井瓦斯基础参数测定的基本内容, 也是瓦斯地质研究的重要方面。煤层瓦斯含量的主要方式是通过地勘期间和生产期间实测, 如果仅以单一的某一阶段的测量值进行煤层瓦斯含量预测工作, 显然具有一定的局限性。为解决此问题, 本文结合王坡煤矿瓦斯地质特点, 在分析瓦斯地质条件的基础上, 结合地勘期间钻孔资料和采掘区煤层瓦斯含量实测结果, 对3号煤层瓦斯含量进行了分析预测。

2 矿井概况

王坡煤矿生产能力3.0Mt/a, 井田面积25.3652km2, 现主采3#煤层, 煤层厚4.10m~6.70m, 平均厚5.76m, 含矸0~2层, 矸石厚0.02m~0.90m, 煤层结构简单, 为全区稳定可采煤层。开拓方式采用斜井开拓, 煤层划分为两个水平开拓, 3号煤层为一水平, 水平标高为+690m;矿井有1个综采工作面, 3个综掘工作面, 采用综采放顶煤开采工艺, 全部垮落法管理顶板。井田内褶曲宽缓, 现发现存有1条正断层和12个陷落柱构造, 未见岩浆岩侵入, 井田总体构造属简单类型。

井田内施工的17个钻孔所揭露的主要可采煤层均采取了瓦斯样, 其中3号煤层17个, 测试结果见表1。

井田内3号煤层瓦斯成分均以甲烷和氮气为主, 其次为二氧化碳, 瓦斯分带均为氮气~甲烷带及甲烷带, 历年矿井瓦斯等级鉴定均为高瓦斯矿井。

3 钻孔瓦斯含量修正

3 号煤层瓦斯含量测定结果见表2, 其包括的参数有各钻孔埋藏深度 (H) 、煤层上覆基岩厚度 (P) 、煤层倾角 (α) 、煤层厚度 (m) 、水分 (M) 、灰分 (A) 以及根据3号煤层灰分及水分值换算的原煤瓦斯含量。

国内理论研究及实践均证明, 矿井瓦斯含量测定中, 地勘测试结果一般偏小, 但它控制范围较大, 可反映整个矿井的瓦斯赋存趋势;井下实测结果相对准确, 但反映的只是测试范围的局部情况, 因此需要以地勘测试结果为基础、井下实测结果为依据, 根据井下实测结果对地勘测定结果进行修正。根据矿井地勘报告及参数测定报告, ZK3-2与井下实测点的埋深与位置均相近, 将井下实测煤层瓦斯含量与地勘钻孔测定煤层瓦斯含量比较, 确定其修正系数为K=2.14, 计算结果见表3。

考虑到地勘钻孔测定存在一些偶然性误差, 因此, 在煤层地质构造及赋存条件无较大变化情况下, 综合分析, 对少数测定数据明显不符合瓦斯带赋存趋势的测点进行剔除;另外对于煤层瓦斯含量明显小于残存量和大于吸附常数的测点也剔除, 经筛选后的数据见表4。

4 地质因素对瓦斯含量分布的Á影响分析

为研究各主要地质因素与瓦斯含量分布的影响, 以修正筛选后的地勘期间3号煤层5个钻孔和井下实测的4个钻孔的瓦斯含量值作因变量 (W) , 其余各项参数分别作自变量进行回归分析, 回归分析结果见表5。

5 瓦斯赋存规律模型确定

根据线性回归分析表, 选取相关性系数较大的地质要素数据为基础, 利用DPS软件进行线性回归分析得出, 瓦斯赋存规律的数学表达式为:

Q=-1.989+1.243H+1.022P-0.245α

利用该模型计算煤层瓦斯含量相关系数R2=0.784, 回归方程中各自变量对因变量的相关系数分别为:R12=0.728, R22=0.561, R32=0.368, 由此可见, 上述地质因素可以很好的反映煤层瓦斯赋存规律。按该数学模型绘制了3号煤层瓦斯含量等值线图, 如图1所示。该图较好地反映了煤层瓦斯的赋存规律, 与瓦斯地质定性分析的主要结论相一致。

6 结束语

6.1 煤层瓦斯含量的测定为瓦斯治理工作提供了基础数据, 其准确性直接影响瓦斯灾害预测及防治工作的效果, 如果仅以单一的某一阶段的测量值进行煤层瓦斯含量预测工作, 预测结果具有局限性, 通过结合井下实测钻孔数据对地勘钻孔瓦斯含量进行修正, 为瓦斯含量预测工作提供了准确可靠的基础数据。

6.2借助线性回归分析确定了各矿井地质要素对煤层瓦斯含量的影响程度, 其中煤层埋深、上覆基岩厚度、煤层倾角与煤层瓦斯含量的相关性较大;煤层厚度、水分、灰分与之相关性较小。

6.3 选取相关性较大的地质要素作为自变量, 初步建立了王坡煤矿3号煤层的瓦斯赋存规律模型。

6.4 以修正后的地勘钻孔瓦斯含量和井下实测的瓦斯含量为基础, 结合数学模型, 绘制了井田范围内3号煤层的瓦斯含量等值线图, 较好地反映了煤层瓦斯的赋存规律, 对瓦斯治理工作具有较强的指导意义。

摘要：利用井下实测钻孔瓦斯含量对地勘钻孔瓦斯含量进行修正, 通过线性分析确定了影响煤层瓦斯含量的地质要素, 建立了适合矿井测试煤层的瓦斯赋存规律模型, 结合瓦斯含量与数学模型绘制了煤层瓦斯等值线图, 对瓦斯治理工作具有指导作用。

关键词：瓦斯含量预测,地质要素,线性分析,瓦斯赋存规律

参考文献

[1]汤友谊, 王言剑.煤层瓦斯含量预测方法研究[J].焦作工学院学报, 1997, 16 (2) :68-72.

[2]吴铁军.古汉山矿瓦斯含量分布规律探讨[J]煤矿安全, 1999, 30 (12) :37-38.

[3]徐平, 张子戌, 等.新汶矿区协庄矿11#煤层瓦斯含量预测[J]矿业安全与环保, 2003, 30 (1) :15-16.