寺河煤矿瓦斯抽放的试验研究.pdf

始茬 斜技 2 0 1 7 年 第 1 1 期 寺河煤矿瓦斯抽放的试验研究 续鹏飞 山西晋城煤业集团寺河煤矿二号井，山西晋城0 4 8 0 0 0 摘要 寺河煤矿通过在同一试验巷道中布置 1 1 3 m m的二组孔间距分别为4 m、6 m和 8 m的平行钻孔，利用这些平行 钻孔的实验数据，综合考察各组钻孔的瓦斯抽放效果。结果表明试验巷道所在煤层的水平钻孔最合理的孔间距为4 m。同 时也可以得 出钻孔密度的增加有利 于瓦斯预抽 率的提 高。 关键词 平行钻孔 抽放 时间 瓦斯抽放量 合理孔 间距 中图分 类号T D7 1 2 ． 6 文献标识码 B d o i 1 0 ．3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 7 ． 1 1 ．0 2 9 An Ex pe r i m e nt a l St udy o n Ga s Dr a i na ge Ba s e d o n Pa r a l l e l e d Dr i l l i ng XuPe n g f e i S i h e C o a l Mi n e N o ． 2 We l l ， S h a n x i J i n c h e n g C o a l I n d u s t r y G r o u p， S h a n x i J i n c h e n g 0 4 8 0 0 0 Ab s t r a c t T h i s p a p e r ma i n l y d i s c u s s e d a n e x p e rime n t a l s t u d y i n S i h e Co a l M i n e ． i n wh i c h t wo g r o u p s 1 1 3 r n n l h o l e s p a c i n g ， r e s p e c t i v e l y 4 m， 6 m a n d 8 m p a r a l l e l b o r e h o l e s a r e a r r a n g e d i n t h e s a l T l e r o a d wa y ． By a n a n a l y s i s o f t h e s e p a r a l l e l e x p e r i me n t a l d a ta o f d ril l i n g ， a n d the e f f e c t s o f the g a s d r a i n a g e ． Th e t e s t s h o ws tha t t h e mo s t r e a s o n a b l e h o l e s p a c i n g i n t h e h o r i z o n t a l h o l e o f t h e c o a l b e d i s 4 m， a n d th e i n c r e a s e o f b o r e h o l e d e n s i t y i s b e n e fi c i a l t o t h e i mp r o v e m e n t o f g a s p r e p u mp i n g r a t e ． Ke y wo r d s p a r a l l e l e d d ril l i n g dr a i n a g e t i m e g a s dr a i n a g e r e a s o n a b l e h o l e s p a c i n g 瓦斯抽放方法主要有平行孔抽放、大直径抽放 钻孔等 [ 1 】 。根据赵各庄矿的试验结果，在同一煤层 和钻孔间距均相等情况下，一年预抽煤层瓦斯的时 间内，大直径钻孑 L 瓦斯抽放量至少是普通孔瓦斯抽 放量的两倍。 当瓦斯抽放是在不 同钻孔间距之下进行的时 候 ，瓦斯抽放效果是通过钻孔间距对于瓦斯抽放量 和抽放率的影响而体现出来的，这对建立高产高效 矿井，保障煤矿安全生产起到十分关键的作用。本 文是通过对 1 1 3 ra m平行钻孔的试验研究 ，得出 不同孔间距 的大直径平行钻孔对瓦斯抽放量和预抽 率的影响，从而来确定最合理的孔间距。 1 试验管路布置 试验的地点选择在位于寺河矿二号井的 1 5 煤 工作面已掘的 1 0 0 0 m回风巷段之中。瓦斯抽放管路 是沿靠近工作面一侧距离底板 0 ． 5 m铺设 ，沿工作 面回风铺设。钻孔直径为 1 1 3 mm；试验钻孔间距分 收稿 日期 2 0 1 7 0 6 1 6 作 者简介续鹏 飞 1 9 8 7 一 ，男，硕 士，山西晋城人 ，供 职于晋 城煤业集团寺河矿二号井， 主要从事于矿井通风安全方面的研究。 别为 4 m 、6 m和 8 m；每一种间距试验 3 个钻孔 ， 共计 9 个 。各个钻孔用 2寸管封孔后通过三通与主 管路连接。一般把相关的抽放管路连接起来，从而 来测试 出压力的大小以及瓦斯浓度的大小，最后通 过对瓦斯抽放的结果进行探讨得出相应结果。 2 抽放量的变化情况 一 般情况下对瓦斯抽放量大小的确定主要看钻 孑 L 的情况，对于瓦斯预抽采的状况 ，一般是根据其 压力大小和煤炭是否具有透气的特性来得 出抽放 量。通过对煤层抽放瓦斯的实践经验来看，国内外 关注的两个主要参数分别是初期瓦斯抽放量的大小 以及其衰减系数。 通过计算得 出的每一百米的钻孔 瓦斯抽放量 q 以及钻孔中的抽放时间 t 可以结合成一组 测定数组 t ，q 。通常情况下 ，它们可以依据以 下公式 [ 2 】 得 出 q q c o e 一 式中 g 。 一 百米钻孔瓦斯抽放量，m3 ／ mi n ． h m； g o _ 一初期瓦斯抽放量，1 1 1 ／ mi n h m 2 0 1 7年第 1 1 期 童 始蕉 斜技 6 5 一 衰减系数，d ； 卜 抽放时间，d 。 3 预抽率与时间关系 瓦斯预抽率是衡量钻孔预抽煤层瓦斯效果的主 要指标 ，它是指在一定抽放时间下某一范围内钻孔 瓦斯抽出量与该范围内煤层瓦斯储量之比，常用下 式计算 ” 2 三 ， m0． r ． 式 中 叩 一瓦斯预抽率 ，％； Q抽一抽出的纯瓦斯总量，m ； 一 钻孔走向长度 ，m； ， 一钻孔平均长度 ，m； m 0 一煤层厚度 ，m； 卜 煤的容重 ， ； 一 初始瓦斯含量，m ／ t 。 如果钻孔抽出的纯量不能确定 ， 下公式进行计算 p 由上式 可转化为 Q抽 可以根据以 3 生 二 4 I l W o p ．． 翌 5m - 1 一一 ＼ ／ L m0 ， ．d m0 式 中 n 一抽放钻孔转化为一百个钻孔的数目； 钻孔相互影响系数； m钻 一钻孔密度，m ／ t ； 钻孔间距，m。 4 瓦斯抽放量与时间的关 系 随着科技的进步，煤层瓦斯的抽取可以采用大 直径钻孔。大直径钻孔施工简单、钻孔深 ，替换小 孔径作业能够减少钻孔数 目、加大瓦斯量抽取及降 低费用 ，同时还能防止瓦斯抽漏的现象。经过综合 考虑，矿井的试验使用大直径钻孔，直径 1 1 3 mm。 试验钻孔的抽放量随时间的变化有两个特点 1 因为钻孔在成孔前并没有及时进行抽放， 大部分都长时间地停留在其 自身解析出的钻孔内， 所 以在抽放初期时瓦斯的含量很大，因此钻孔都普 遍存在第一天和第二天的抽放量较大的现象。 2 为保证指数函数回归时有好 的相关性， 应该对原始数据进行详细的初步选择，一般都删除 在测定时数据波幅比较大的数据，且不进行 回归的 分析 ， 最终可以使得其相关性的系数能够维持在 0 ． 7 0 以上。经过对数据的处理和回归计算得到平行钻孔 平均抽放量随时间的变化曲线如图 1 ～图 3 所示。 童 羹 0 ． 莲 。 t d 图 2 6 m 间距钻孔抽放量随 时间的 变化 0 2 0 4 0 60 8 O 1 00 t d 图 3 8 m 间距钻孔抽放 量随时间的变化 大直径平行钻孔瓦斯抽放规律回归及计算结果 汇总于表 1 ，并计算百米大直径平行钻孔不同时间 内瓦斯抽放总量见表 2 。 从图 1 、图 2 、图 3和表 1 、表 2中可以得出如 下结论 1 试验的两组不 同的孑 L 径 以及 间距 的钻孔 组 在钻孔初期的瓦斯抽放的量要远远比其在 自然 状态下 的瓦斯涌 出的量 大。 2试验的两组不 同间距钻孔组 的百米钻孔 的极限抽放量 Q c ； 和平均初始抽放量 g 。 。 之间的关系 如下在初期两组百米的钻孔的瓦斯抽放量的差距 很小 ，根据试验可知在间距为 4 m的情况下其抽放 量将达到 2 8 9 7 m ，而在间距为 8 m 的情况下其抽放 量大约是 2 7 7 6 m 。 3 本次进行实验的煤层符合瓦斯抽放的可 行性，属于抽放煤层 ，此项结论是通过 1 1 3 m m 各组钻孔瓦斯抽放衰减系数 ‘ 分析得到的，平均 66 虫 ． 撼 吞 娥淑 2 0 1 7 年 第 1 1 期 的瓦斯抽放衰减系数 d 是 0 ． 0 1 5 7 d ，最大的瓦斯 抽放衰减系数 d 。 是 0 ． 0 1 9 5 d。 ，最小的瓦斯抽放衰 减系数 d 。 是 0 ． 0 1 3 4 d。 。 表 1 钻孔瓦斯抽放规律分析 涌出规律 抽 放强度 衰减系数 抽放 量 钻孔组 g g 。 。 一 a f f m ／ mi n ． 1 O O m d - ’ m 4 m q 一 0．0 3 9 6 e - 。 0 ．03 9 4 O ． 0 1 9 5 2 8 9 7 6 m q 一 0 ． 0 2 8 4 e - - 。 0 ．0 28 2 0 ． 0 1 4 3 2 8 2 2 8 m q t 0．0 2 6 2 e - 。 0 ．0 2 6 0 O ． O l 3 4 2 7 7 6 平 均值 0 ．O 3 l 2 0 ． O 1 5 7 2 8 3 1 表 2 钻孔不同时间内瓦斯抽放总量 钻孔组 计算公式 9 0天 1 8 O天 2 7 0天 4 m Q e 2 8 9 5 1 一 e 。 。 。 、 2 4 0 1 2 8 1 0 2 8 7 9 6 m 鲫 2 8 2 0 1 一 e 。 2 0 5 3 2 6 l 1 2 7 6 2 8 m O e f 2 7 7 4 1 一 e ㈣ 、 l 9 5 6 2 5 3 2 2 7 0 1 平 均 值 2 1 3 7 2 6 5 1 2 7 8 0 5 结 论 为了获取不同孔间距钻孑 L 的百米钻孑 L 瓦斯的涌 出量的数值，实验对 4 m孔间距和 6 m孔间距以及 8 m孔间距的钻孔预抽瓦斯情况进行了分析，得出 4 m孑 L 间距的平行钻孔都比其他数值的钻孔瓦斯涌 出量大。通过研究发现 ，间距小的钻孔和间距大的 钻孑 L 要想 达到相 同的瓦斯 涌 出量所需要 的时 间是不 同 的，时 间长短 和间距 的大小成正 比。2 6 0 d以内一 般是钻孑 L 抽放的最佳时间，通常可以采取使钻孔密 度变大来达到预抽率变大的效果。综上所述，能够 作为试验工作面所在煤层水平钻孔的最佳的距离为 4 m 的孔间距 。 【 参考文献 】 [ 1 ] 申宝宏，刘见中，张泓 ． 我国煤矿 瓦斯治理的技 术对策 [ J ]． 煤炭学报 ，2 0 0 7 ，3 2 7 6 7 3 ． 6 7 9 ． [ 2] 张铁岗 ． 矿井瓦斯综合治理技术 [ M] ． 北京煤炭 工 业 出版社 ．2 0 1 1 ． 上接 第 6 3页 风阻力，降低白草塔主要通风机运行负荷。 2 ． 4投 运后 系统优 化 在鹿庄风机投运完毕之后，顺利完成了北三、 南五盘区分区式通风任务 ，需进一步优化南五、南 三、北三通风系统 ，保证通风系统的合理稳定 。 1 下调 白草塔主要通风机角度 ，避免高角 度运行 ，损坏风机电机，保证风机通风能力满足盘 区生产需求即可。 2 合理优化系统风量，考虑进一步下调鹿 庄主要通风机风叶角度 ，降低主要通风机回风量， 在满足各用风地点风量前提下 ，同时确保各工作面、 大巷风速不超过规定，保证盘区供需风量与风机通 风能力相匹配。 3 加强南三轨道巷及西翼轨道巷进风角联 的风量及瓦斯检查 ， 保证南三胶带系统的稳定可靠。 3 通风 系统优化取得效益 针对矿井盘区生产衔接 ，盘区的开发及风井的 投运 ，顺利实现盘区分区式通风，从北三盘区设计 到风井选址 、风机的选型 ，经过科学的论证 ，缜密 计算 ， 合理布置了相关巷道及隔断设施的构筑位置、 井下实施方案的步骤 ，圆满完成分区式通风任务 ， 解决了北三、南五盘区风量紧张、生产能力得不到 有效释放、煤层衔接空白区等困难 ，为矿井的盘区 衔接和规划提供了可持续发展道路。 4结语 通过投运鹿庄回风井 ，有利于北三盘区的规划 发展，解决了盘区供风紧张、煤层衔接困难、白草 塔主要通风机超负荷运行等问题 ，释放了北三 、南 五盘区产能，保证了盘区合理配风 ，为以后矿井瓦 斯治理、盘区规划、主扇投运、系统优化奠定了坚 实基础和科学依据，取得了良好的社会、经济效益 ， 同时为矿井技术人员积累了丰富的实践经验。 【 参考书目】 [ 1] 任增玉 ． 矿 井通风技术及通风 系统优化设计探讨 [ J ] ．黑龙江科技 信息 ，2 0 1 0 1 24 7 ． [ 2 ] 张学博，高贯金，郭飞鹏 ． 平煤一矿通风系统优 化改造方案 [ J ] ． 西安科技大学学报 ， 2 0 1 1 ， 3 1 6 7 4 0 7 4 4 ． [ 3 ] 朱强，陈星明，肖正学，等 ． 甘肃某地下铁矿通 风 系统现状分析 与优化 [ J ] ．金属矿山，2 0 1 6 ， V4 5 1 21 7 6 ． 1 8 0 ．