超前瓦斯排放钻孔有效排放半径的测定(1).pdf

第 2期 2 0 1 0年 2月 工矿 自 动化 I nd us t r y a n d M i n e Aut o ma t i o n NO ． 2 Fe b ． 2 0 1 0 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 0 0 2 0 0 7 7 0 3 超前瓦斯排放钻孔有效排放半径的测定 辛海会 ， 曹新奇。 ， 李文光 ， 翟 成 ， 林柏泉 * 1 ． 中国矿业大学安全工程学院，2 ． 中国矿业大学矿业工程学院， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 摘要 介绍了煤层超前钻孔的防突机理， 比较和分析 了超前 瓦斯排放钻孔有效排放 半径 的 3种测定方 法， 选择钻屑量与钻屑 瓦斯解吸指标法进行 了现场应用。应用结果表明， 使 用钻屑量与钻屑 瓦斯解吸指标法 测定排放钻孔的有效排放半径简便 易行 ， 准确可靠。 关键词 矿井；瓦斯排放 ；超前钻孔 ；有效排放半径 ；钻孔瓦斯压力降低 法；钻孔 瓦斯流量法；钻屑量 与 钻屑 瓦斯 解吸 指标 法 中图分 类号 T D 7 1 2 文献 标识 码 B M e a s u r e me nt o f Ef f e c t i v e De ga s s i ng Ra d i u s o f Adv a nc i n g Ho l e f o r Ga s Dr a i n a g e XI N Ha i h ui ， CAO Xi n q i ，LI W e n - g ua n g ， ZH AI Che n g ，LI N Ba i q ua n 1． Sc h oo l o f Sa f e t y En gi n e e r i n g o f CUM T ．，Xu z h ou 2 21 1 1 6，Chi n a． 2 ． S c h o o l o f M i n i n g o f CUMT． ，Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ，Ch i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r i n t r o d u c e d o u t b u r s t p r e v e n t i n g me c h a n i s m o f a d v a n c i n g h o l e i n c o a l s e a m， c o m p a r e d a nd a na l y z e d t hr e e ki nd s o f me a s ur e m e n t m e t ho d s o f e f f e c t i v e d e ga s s i ng r a di us o f a d v a nc i ng ho l e f o r g a s d r a i n a g e ， a n d s e l e c t e d me t h o d o f d r i l l i n g c u t t i n g s we i g h t a n d g a s d e s o r p t i o n i n d e x o f d r i l l i n g c ut t i n gs f o r pr a c t i c e．The r e s u l t s o f f i e l d a pp l i c a t i o n s ho we d us i ng t he m e t ho d of dr i l l i ng c ut t i n gs we i gh t a n d g a s d e s o r p t i o n i n d e x o f d r i l l i n g c u t t i n g s t o me a s u r e e f f e c t i v e d e g a s s i n g r a d i u s o f a d v a n c i n g h o l e i s s i m p l e a nd r e l i a bl e． Ke y wo r ds c o al mi ne，ga s d r a i na ge，a dv a n c i n g ho l e，e f f e c t i ve d e ga s s i ng r a d i us ，m e t ho d o f d e c r e a s i ng g a s p r e s s u r e i n d r i l l i n g h o l e ，me t h o d o f g a s f l o w i n d r i l l i n g h o l e ，me t h o d o f d r i l l i n g c u t t i n g s we i g h t a n d g a s de s o r pt i on i nde x of d r i l l i ng c u t t i n gs 0 引言 超前钻孔是 目前国内外使用较为广泛的一项煤 巷局部防突技术措施 。大量实 际应用效果表明 ， 这 一 措施具有较好 的防止瓦斯 突出的效果 和工艺简 单、 操作 方便 、 适用性强 等优点。合理选 择测定方 法 、 准确 测定超 前 瓦斯 排放 钻孑 L 的 有效排 放 半径 ， 可 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 2 7 *基 金项 目 江苏 省高 等学 校大 学生 实践 创新 训练 计划 资助 项 目 2 0 0 8 0 1 8 作 者简介 辛海会 1 9 8 8 一 ， 男 ， 就读 于中国矿业 大学安 全工程 学院， 被免试保送为 中国矿业大学安 全工程学 院安全 工程专 业硕士 研究生 ， 已参加 多项 大学 生科研训 练计 划和全 国大学 生挑战杯 ， 并在 全国数 学建模竞赛 中获奖， 已发表文 章 8篇 。E ma i l x i n x h h 1 2 6 ． COm 使防突措施 的超前 瓦斯排放钻孑 L 布置更加有 的放 矢 ， 减少盲 目性 ， 从而使安全生产更有保障。本文对 比分析 了超前瓦斯排放钻孔有效排放半径 的 3种测 定方法， 对各种测定方法的合理选择与应用 以及实 现煤层超前钻孔的科学布置及有效防突具有十分重 要 的参考意义 。 1 超 前 瓦斯 排放 钻孔 的 防突机 理 煤体 在 采掘 工作 面前 方形 成 3个 应 力带I 】 ] 1 卸压带 ， 在卸压带中瓦斯 压力 和地应力 明显降 低 ， 能有效防止突 出； 2 集 中应力带 ， 在集 中应力 带 中， 由于透气性 系数较低 ， 有效 阻止 了瓦斯 的涌 出； 3 原始应力带， 在原始应力带中就恢复 了煤体 原来的特性 。超前瓦斯排放钻孑 L 的具体实施就是在 采掘工作面穿过卸压带和集 中应力带向煤体前方打 7 8 工矿 自动化 2 0 1 0年 2月 钻孔， 利用排放钻孑 L 排 出部分瓦斯 ， 有效降低前方集 中应 力带 的地应 力 和 瓦斯 压 力 ， 从 而达 到扩 大卸 压 带范围的 目的， 进而 防止采 掘时煤与瓦斯突 出事故 的发生 。 2 超前瓦斯排放钻孔有效排放半径的测定方法 目前 ， 超前瓦斯排放钻孔有效排放半径 的常用 测定方法有钻孔瓦斯压力降低法 、 钻孔瓦斯流量法 、 钻屑量 与钻 屑瓦斯解 吸指 标法 3种 。 钻 孔瓦斯 压力 降低法 是根据 在措施 孔周 围布 置 的测量 孔 中压 力变 化趋势 确定措 施孔 有效影 响半径 的一种方法 ； 钻孔瓦斯流量法是根据在措施孔周围 布置的测量孔中而流量变化趋势确定措施孔有效影 响半径 的一种 方法 。这 2种方法 的测 定过 程是基本 一 致 的 ， 因此 常将 这 2种方 法 放 在 一起 研 究 。钻 屑 量与钻屑瓦斯解吸指标法则是通过 比较排放孑 L 与排 放孔周 围测试孔的每米钻孔的钻屑量与钻屑瓦斯解 吸指标的间距变化来确定钻孔有效排放半径的一种 方法 。 2 ． 1 钻孔 瓦斯压 力 降低 法和 钻孔 瓦斯流 量 法 钻孑 L 瓦斯压力降低法和钻孔瓦斯流量法l_ 2 的钻 孔布置如图 1 所示 ， 其测定步骤如下 1 钻孔参数 超前 钻孔个数为 3 ～5个， 直径 为 4 2 mm， 深度 为 5 ～7 m； 2 钻孔布置参数 设计钻孔孔 口之问的距离 为 0 ． 3 ～O ． 5 m； 3 测试指标 根据 防治煤与瓦斯突出细则 规定 ， 采用观察排放钻孔煤体 中瓦斯压力以及各测 量孔中瓦斯涌出量变化的方法确定排放钻孔的有效 排放半径。 5、 6、 7、 8 一超 前 钻 孔 图 1 钻孔瓦斯压力降低法和钻孔瓦斯流量法 的钻孔 布置 图 从 上述测 定步 骤 可 以看 出 ， 钻 孔 瓦斯 压 力 法 和 钻孔瓦斯流量法工程量大， 费用高， 费时长 ， 工艺复 杂繁琐 ， 且封孔 困难 ， 因此测量结果偏差较大。 2 ． 2钻屑 量与钻 屑 瓦斯解吸 指标 法 与钻孔 瓦斯压力降低法和钻孔 瓦斯流量法相 比， 钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标法更加精确与简单 易行 ， 故多采用钻屑量 与钻屑瓦斯解 吸指标法进行 超前瓦斯排放钻孔有效排放半径的测量 。其主要原 理是对同一深度的预测孔和测试孔测到的每米钻孔 的钻屑量与钻屑瓦斯解吸特征 的数据及间距进行分 析对 比， 得到其 有效排 放半 径。其钻 孑 L 布 置 图如 图 2所示 。 1一琐 测孔 ； 2测 试 孔 ； 3一排 放 乱 图 2 钻屑量与钻屑 瓦斯解 吸指标法 的钻孔布置图 采用该法测定排放钻孔的有效排放半径 时， 其 测定过程如下 1 先确定钻孔布置参数 ； 2 在煤层 中先 打一个预测孔 ， 测量每米 的钻 屑量 S与钻屑瓦斯解吸指标 K ； 3 测试结束后 ， 将预测孔扩 大到排放孔 的设 计直径进行扩孔排放 ； 4 按 施 工要 求 ， 确 定 排放 时 间为 1 ． 5 h ， 当 到 达时 间后 ， 在排 放孔 附 近 的软 分 层 中打一 个 与 该孔 成 7 。 的测试孔， 孔口间距为 0 ． 3 n o ． ， 测定其每米的钻 屑量 S与钻屑 瓦斯解 吸指 标 K ； 5 分析 2个钻孔同一深度范围内所测到的数 据和两点的间距 ， 当所测数据小于临界指标值时， 相 应两 点 的 最 大 间 距 确 定 为 排 放 钻 孔 的 有 效 排 放 半径 引。 3现场应 用与 分析 一 以平煤 十 三矿 为研 究 基 地 ， 对 十 三 矿 1 3 0 3 1机 巷进行测试 。由于十三矿 1 3 0 3 1机巷煤体暴露时间 较长 ， 钻孔瓦斯涌出初速度几乎测不 出来 。由于钻 屑量与钻屑瓦斯解吸指标法简便易行， 准确可靠 ， 易 于现场测定 ， 故采用该法测定排放钻孔 的有效排放 半径 。 钻孔布 置参 数设 如下 1 钻孔参数 超前钻孔深为 1 0 ． 5 m，直径为 8 9 mm； 测试钻孑 L 深为 1 0 ． 5 m， 直径为 4 2 mm。 2 钻孔布置参数 设计钻孔孔 口之问的距离 2 0 1 0年第 2期 辛海会等 超前 瓦斯排放钻孔有效排放半径的测定 7 9 为 0 ． 3 m， 钻 孑 L 夹角 为 7 。 。 3 测试指标 根据 防治煤与瓦斯突出细则 规定 ， 采用每米钻孔 的钻屑量与钻屑瓦斯解 吸指标 进 行排 放钻 孔有 效排 放半 径 的考 察 。 在设定好钻孑 L 布置参数后 ， 按照钻屑量与钻屑 瓦斯解 吸指 标法 的测 定过 程 进行 测定 。根 据测 定 的 数据， 钻屑瓦斯解 吸指标很小 ， 而且数据不成规律 ， 几乎测不出来 ， 没有实验考察性 。故只采用 每米钻 孔的钻屑量进行测试 。测定数据如表 1所示 。 表 1 9 8 9 mm排 放钻孔有效排放半径测定数据 表 钻屑解吸指标 K】 ／ ， 一 ．一 Ⅲ、 钻屑量 S ／ k gm 孔 深 影 响 “ ’g 一“ ⋯ ⋯ ／ m半 径／ m 排放 1 排放 1 与排 放前比较／ 前 后 前 后 绝对 相对 根据 有效排 放半径 的判 断准则 ， 将 2个钻 孔 同一深度处所测定 的指标进行 比较 ， 如果 自某一深 度处开始向钻孔深处的方向， 2 孔各点所测定的指 标均小于 1 孑 L 同一深度的指标时， 该深度对应 的 钻孔之 间的距离就称为超前钻孔有效排放半径。根 据 测定 数据 ， 每 米钻 孑 L 的钻 屑 量 随钻 孔 间 距 的 变化 如图 3所示 。 吕 删 哩 图 3 钻屑量 随钻孔 间距 的变化 曲线 根据 测试 结果 ， 通 过对 数据 表格 和 图形 的分 析 ， 当钻 孑 L 深 度 未 达 到 8 m 钻 孑 L 间距 为 0 ． 9 8 2 m 时 ， 与 9 mm排放孔排放前相 比， 2 钻孔 的钻屑量小 于 1 钻孔 的钻屑量； 在钻孔深度达到 8 m 时， 2 钻孔 的钻屑量比 1 钻孔的钻屑量绝对下降 0 ． 1 ， 相 对下降 4 ． 2 。从计算所得数据以及 图 3中 2条 曲 线的距离可以很明显地看出 ， 超前钻孔有效排放半 径 范 围为0 ． 8 5 9 ～0 ． 9 8 2 m， 在 该 范 围 内的钻 孔 钻 屑 量有 明显 的降低 。 综上所述， 由于测试 地点在 1 3 0 3 1机巷 6 5 0 m 处 ， 未在没有执行过防突措施 的有突出危险_ 4 的采 掘工作面测试 ， 煤暴露 时间较长 ， 受 到了外界影响， 测试数据有一定 的误差 。为了安全起见 ， 十三矿采 用 8 9 mm的超前钻孔作 为防突措施 ， 其有效排放 半径可取 0 ． 9 m作为设计与布置的依据。 4结语 超前钻孔防突措施[ 5 工艺最简单 ， 对工人无特 殊技术要求 ， 工人易于接受 ， 且无需专用设备 ， 成本 低 。因此 ， 这种 防突措施 在现场得 到了广泛采用 。 本文对 比分析了超前瓦斯排放钻孔有效排放半径的 3种测定方法 ， 并进行 了现场选择与应用研究， 取得 了 良好 的效 果 1 掌握 了超 前瓦斯 排放钻 孔有效 排放半径 各种测定方法的合理选择与应用 ， 实现 了煤层超前 钻 孔科 学 布置 防突 的有 效性 。 2 通过现场应 用分析 ， 十三矿 采用 9 mm 的超前钻 孔作 为防 突措施 ， 其 有效 排放 半径 可取 0 ． 9 m作为设计与布置的依据 。但其它矿井 需根据 具体 的情况合理选择测定方法， 以得 出准确合理 的 有效 排 放半 径 。 参考文献 E l i 方伟． 优化超 前钻 孔布 置实现 突 出煤 层快速 掘进 的 探讨 E J ] ． 煤矿安全 ， 2 0 0 7 7 6 2 6 4 ． E 2 ] 邹 山旺 ， 刘际宏 ， 孟 凡新． 三 软低透 气性煤 层超 前钻孔 有效排 放半径的测定E J ] ． 煤矿 安全 ， 2 0 0 6 7 1 4 1 5 ． E 3 3 李 书现 ， 王文彬 ， 魏 风清． 低 瓦斯低 透气性 煤层 超前钻 孔有效 排 放 半 径 的 测 定 [ J ] ．中 州 煤 炭 ， 2 0 0 6 4 86 87 ． E 4 ] 王金成． 采用超前钻 防治煤 与瓦斯突 出E J ] ． 煤 炭技术 ， 2 0 0 7 2 8 2 ． E 5 ] 马永庆 ， 王耀锋 ， 张树学 ， 等 ． 鹤壁六矿超前钻孔 有效影 响半径 的实测及 应用E J ] ． 煤矿安全 ， 2 0 0 2 4 8 - l O ． 7 3 7 4 2 7 3 6 6 5 0 5 1 4 6 3 6 2 3 5 3 4 8 5 7 3 2 1 2 1 O O O 1 1 1 O O O 4 4 3 3 8 7 3 8 9 O 1 1 1 1 1 2 2 2 2 9 6 8 9 4 1 1 2 2 2 2 2 3 3 0 9 ；1 O 0 O O O O 0 O O O O O 0 0 0 1 2 2 4 2 2 3 O O O 0 0 O O O O 0 O 0 0 O O O 6 8 1 4 7 9 2 5 8 4 6 9 1 3 5 8 0 2 2 3 4 6 7 8 9 1 2 O O O O O O O 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9