东大煤矿底抽巷穿层定向长钻孔抽采效果验证方法.pdf
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1、1342023 年第 9 期东大煤矿底抽巷穿层定向长钻孔抽采效果验证方法晁志国(晋能控股装备制造集团,山西 晋城 048000)摘 要 为消除东大煤矿试验煤层的瓦斯突出危险性,以瓦斯抽采率和抽采流量为基础,推导瓦斯抽采效果计算方法,通过监测 3 组钻孔的抽采流量,计算了 30 d 内的瓦斯抽采率。数据分析表明:抽采流量随抽采时间呈现指数衰减形式,3 组钻孔的瓦斯抽采率在监测时间内均满足了瓦斯防治标准。关键词 底抽巷;定向长钻孔;抽采流量;抽采率中图分类号 TD712+.6 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.09.042Verification
2、Method for the Effect of Through Strata Directional Long Borehole Extraction in the Bottom Drainage Roadway of Dongda Coal MineChao Zhiguo(Jinneng Holding Equipment Manufacturing Group,Shanxi Jincheng 048000)Abstract:To eliminate the risk of gas outburst in the experimental coal seam of Dongda Coal
3、Mine,a calculation method for gas drainage effect is derived based on gas drainage rate and drainage flow rate.By monitoring the drainage flow rate of three sets of boreholes,the gas drainage rate within 30 days is calculated.The data analysis shows that the drainage flow rate decreases exponential
4、decay with the drainage time,and the gas drainage rates of the three groups of boreholes meet the gas prevention and control standards within the monitoring time.Key words:bottom extraction roadway;directional long borehole;drainage flow rate;drainage rate 晁志国:东大煤矿底抽巷穿层定向长钻孔抽采效果验证方法收稿日期 2023-02-18作者
5、简介 晁志国(1977),男,山西晋城人,2009 年毕业于太原理工大学安全工程专业,本科,工程师,现在晋能控股装备制造集团从事煤矿安全管理工作,研究方向;矿井瓦斯治理。瓦斯抽采技术是消除瓦斯突出煤层危险性的有效方法1-2,包括地面钻井瓦斯抽采和井下瓦斯抽采法3。井下瓦斯抽采法具有适用性强、成本低、钻孔施工可靠性高等优势。因此,东大煤矿采取此方法对试验煤层瓦斯进行治理。1 瓦斯抽采效果测试原理东大煤矿试验煤层的初始瓦斯压力约为 0.5 MPa,初始瓦斯含量约为 12.82 m3/t,煤体坚固性系数为 0.41,绝对瓦斯涌出量为 29.5 m3/min,煤层无自燃倾向性。根据煤矿瓦斯防治技术相关
6、规定,当煤层中的瓦斯含量低于 8 m3/t 时可认定为无突出危险性的煤层。因此,为消除试验煤层的瓦斯灾害危险性,抽采技术方案需要保证瓦斯由初始含量降低到安全界限以下,降低幅度约为 38%。瓦斯抽采的过程中,通过分析瓦斯抽采的测试原理,现场测定底抽巷穿层长钻孔的瓦斯抽采流量,分析瓦斯抽采率的变化状态,对瓦斯抽采的实际效果进行检验。为判别瓦斯抽采效果,以瓦斯抽采率和瓦斯抽采流量作为理论基础,建立瓦斯抽采效果判别方法。如图 1 所示,钻孔附近由于抽采负压较高,塑性区破碎程度较大,可假设为抽采率为 1,随着煤层距离抽采钻孔的距离逐渐增加,当完全脱离钻孔负压的抽采范围和弹塑性破坏区影响时,此位置的瓦斯抽
7、采量变为 0,且假设瓦斯抽采率从 1 到 0 的变化规律遵循指数型函数分布形式。由此可建立钻孔瓦斯流量公式(1)。图 1 底抽巷穿层定向长钻孔瓦斯抽采率分布规律示意图1352023 年第 9 期晁志国:东大煤矿底抽巷穿层定向长钻孔抽采效果验证方法 ()()c0=4 expd=expQ CDxxxx (1)式中:Q 为钻孔瓦斯流量,m3/min;C 为煤层中瓦斯含量,m3/t;D 为钻孔长度,m;c为煤体密度,kg/m3;为瓦斯抽采率系数。将式(1)进行积分并求极限,得到瓦斯流量系数 为:c4 CDQ=(2)最终可得距钻孔距离为 x 位置处的瓦斯抽采率为:c4=expCDxQ (3)2 穿层钻孔
8、布置方案2.1 钻孔布置参数东大煤矿试验煤层的底抽巷穿层定向长钻孔共布置 7 个,用于抽采采煤工作面的瓦斯。如图 2(a)、2(b)所示,7 个钻孔分为 3 组,其中第一组钻孔共包含 3 个钻孔,分别为 1-1、1-2、1-3;第二组钻孔共包含 2 个钻孔,分别为 2-1、2-2;第三组钻孔共包含 2 个钻孔,分别为 3-1、3-2。组内钻孔的间隔距离为 10 m,组间钻孔的水平方向间隔距离为10 m,组间钻孔的垂直方向间隔距离为0.8 m,钻孔距离最近的上方和下方距离为 1 m。瓦斯抽采钻孔布置距离原始应力区的间隔为 15 m。瓦斯抽采钻孔的施工数据见表 1。(a)平面布置图(b)剖面布置图
9、图 2 底抽巷穿层定向长钻孔布置位置示意图(m)井下瓦斯抽采的封孔方式与封孔效果直接影响了瓦斯抽采效果。为保证试验煤层底抽巷穿层定向长钻孔的瓦斯抽采效果,采用速凝发泡水泥浆对钻孔进行封孔处理。封孔采用“一堵一注”的方式,作用机理是利用含有膨胀剂的水泥砂浆充斥钻孔周围的塑性破碎岩体,膨胀后的水泥砂浆可以很好地对钻孔以及钻孔周围的裂隙岩体进行封堵,保证钻孔内的抽采负压维持稳定,管道内的瓦斯不产生泄漏,以此保障瓦斯的抽采效果。采用膨胀剂的水泥砂浆避免了纯水泥砂浆凝固后的体积缩减效应,对于钻孔的封孔效果更好。封孔示意图如图 3。表 1 底抽巷穿层定向长钻孔布置参数表钻孔编号钻孔倾角/()方位角/()钻
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