新春煤矿突出煤层合理预抽期研究_艾灿标.pdf

新春煤矿突出煤层合理预抽期研究 艾灿标，李社勋，荆刚 义煤集团 永兴工程有限责任公司，河南 义马 472300 ［ 摘 要］煤矿瓦斯灾害治理是全世界共同面临的难题，我国把瓦斯抽放，即“先抽后采”作 为预防措施，有效地降低了瓦斯事故，但抽放周期过长，影响了矿井的正常生产。通过对新春煤矿 M3 煤层试验区钻孔瓦斯抽出量研究，得出了钻孔控制区域内瓦斯累计抽出量与预抽时间的拟合关系， 计算出 M3 煤层瓦斯合理预抽期。 ［ 关键词］突出煤层; 瓦斯抽采; 抽出量; 预抽期 ［ 中图分类号］ TD712. 6［ 文献标识码］ B［ 文章编号］ 1006- 6225 201703- 0093- 03 Study of Reasonable Pre- drainage Period of Outburst Coal Seam in Xinchun Coal Mine ［ 收稿日期］ 2016－12－06［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 03. 027 ［ 作者简介］ 艾灿标 1974－ ，男，水族，贵州三都水族自治县人，国家注册一级建造师，矿建工程师，工程硕士，现从事煤炭矿山建设 技术管理工作。 ［ 引用格式］ 艾灿标，李社勋，荆刚 . 新春煤矿突出煤层合理预抽期研究 ［J］． 煤矿开采，2017，22 3 93－95，99. 矿井瓦斯是煤矿五大灾害之一，瓦斯灾害已经 成为威胁矿井安全生产、制约矿井正常发展的重要 因素，严重地威胁煤矿安全生产。为了保证煤矿生 产安全，要求所有的瓦斯矿井，在生产前都要进行 瓦斯预抽，并保证抽放效果达到要求。研究表明， 瓦斯抽放钻孔每天预抽的瓦斯量随着抽放时间呈衰 减趋势，这说明瓦斯预抽时间不会无限制地延长， 应该存在一个合理的预抽期，其是受多种因素影响 的变量。 本文根据贵州省纳雍县新春煤矿地质和瓦斯赋 存情况，以 M3 突出煤层瓦斯抽采钻孔合理抽出量 为研究对象，通过煤层瓦斯钻孔抽出量理论分析， 测试并将单孔实际抽出量与计算抽出量进行对比， 对数据相差较大的钻孔进行分析，基于对试验区累 计瓦斯抽出量统计分析，得出瓦斯抽出量与抽采时 间的拟合关系，推算出新春煤矿 M3 突出煤层合理 预抽期。 1试验矿井煤层与瓦斯赋存概况 贵州省纳雍县新春煤矿为新建矿井，生产规模 300kt/a，矿区面积为 3. 5487km2，采用平硐开拓方 式。该矿可采煤层由上至下为 M3，M4，M16， M31，M34 煤层，煤层倾角平均 18，可采煤层总 厚度 7. 69m。 根据实测的新春煤矿 M3 煤层、M4 煤层瓦斯 含量在 7. 46～10. 95m3/t 之间，平均值为 8. 62m3/ t。实测煤层瓦斯压力在 0. 75 ～ 1. 52MPa 之间，平 均值为 1. 02MPa。 由此可以判定贵州省纳雍县新春煤矿 M3 煤 层、M4 煤层均具有突出危险性，新春煤矿为突出 矿井，煤层为突出煤层。 2瓦斯抽出量现场试验 2. 1穿层钻孔控制区域合理瓦斯抽出量试验 本项目试验选择在新春煤矿 1302 运输巷底板 抽排巷进行，穿层钻孔控制区域合理瓦斯抽出量研 究试验区域为 1302 运输巷掘进巷下部底板抽采巷 右帮钻场，试验区域内共布置 21 个钻孔，钻孔间 距为 5m，控制走向长 15m、宽 35m 的条带。在试 验区域优先施工 3 个钻孔，取样并进行了原始瓦斯 含量测定，平均值为 8. 01m3/t，随后又施工其余 的 18 个钻孔。钻孔冲孔结束后，采用聚氨酯封孔 技术进行封孔联管抽采，然后每天对各试验钻孔瓦 斯抽采参数进行测定。 2. 1. 1试验区实际瓦斯抽出量计算 1试验区瓦斯抽出量统计 经 30d 抽采后 1～21 号钻孔累计瓦斯抽出量为 1259. 08m3，经 60d 抽 采 后 累 计 瓦 斯 抽 出 量 为 1994. 87m3，经 90d 抽 采 后 累 计 瓦 斯 抽 出 量 为 2926. 82m3。 2试验区瓦斯储量计算 试验区煤的密度为 1. 60t/m3，煤厚 2. 86m，则 试验区域原煤储量为 35152. 861. 602402. 4 t 试验区域瓦斯储量为 2402. 48. 0119243. 22 m3 39 第 22 卷 第 3 期 总第 136 期 2017 年 6 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 3 Series No. 136 June2017 ChaoXing 3钻孔控制区域残余瓦斯含量计算 累计抽采 30d 时钻孔控制区域残余瓦斯含量为 19243. 22－1259. 08/2402. 47. 48 m3/t 瓦斯抽出率为 1259. 08/19243. 22100 6. 6 累计抽采 60d 时钻孔控制区域残余瓦斯含量为 19243. 22－1994. 87/2402. 47. 17 m3/t 瓦斯抽出率为 1994. 87/19243. 22100 10. 4 累计抽采 90d 时钻孔控制区域残余瓦斯含量为 19243. 22－2926. 82/2402. 46. 79 m3/t 瓦斯抽出率为 2926. 82/19243. 22100 15. 2 2. 1. 2试验区残余瓦斯含量测定 1抽采 30d 后试验区残余瓦斯含量测定 测试结果平均值为 7. 44m3/t。 2抽采 60d 后试验区残余瓦斯含量测定 测试结果平均值为 7. 12m3/t。 3抽采 90d 后试验区残余瓦斯含量测定 测试结果平均值为 6. 75m3/t。 2. 1. 3试验区应抽出瓦斯量计算 由试验区实测原始瓦斯含量及实测残余瓦斯含 量，可得试验区分别抽采 30，60，90d 时的应抽出 瓦斯总量。 1抽采 30d 时应抽出瓦斯量为 8. 01 － 7. 44 2404. 2 1369. 37 m3 则试验区各试验钻孔累计应抽出瓦斯量为 1369. 37/2165. 21 m3 2抽采 60d 时应抽出瓦斯量为 8. 01－7. 12 24024. 2 2138. 14 m3 则试验区各试验钻孔累计应抽出瓦斯量为 2138. 14/21101. 82 m3 3抽采 90d 时应抽出瓦斯量为 8. 01 － 6. 75 2404. 2 3027. 02 m3 则试验区各试验钻孔累计应抽出瓦斯量为 3027. 02/21144. 14 m3 2. 1. 4单孔应抽出瓦斯量及实际抽出量对比分析 由于试验区内瓦斯赋存的不均衡性及透气性的 差异，各钻孔实际累计瓦斯抽出量与应抽出量存在 一定的差异，封孔抽采 30d 时，平均应抽出瓦斯量 为 65. 21m3，除 19 号抽采钻孔外 累计抽出量 255. 15m3 ，其余钻孔实际抽出量值均在应抽出量 值附近波动;经 90d 抽采后，有 11 个孔 比例 52. 38的抽采钻孔实际累计抽出量值与应抽出 量值基本相同。 2. 1. 5累计瓦斯抽出量与抽采时间拟合方程及合 理预抽期计算 1试验区累计瓦斯抽出量与抽采时间拟合 方程 将试验区 1～21 号钻孔日累计瓦斯抽出量进行 统计，可得试验区累计瓦斯抽出量与抽采时间的拟 合方程，图 1 为拟合曲线。 y28. 911x369. 74，R20. 993 其中，y 为试验区累计瓦斯抽出量，m3;x 为 试验区累计抽采时间，d。 图 1穿层钻孔试验区累计瓦斯抽出量与抽采时间拟合方程 2拟合方程累计瓦斯抽出量计算值与实测 值对比分析 由拟合方程可得抽采 30，60，90d 时试验区累 计瓦斯抽出量计算值，见表 1 所示。 表 1穿层钻孔试验区累计瓦斯抽出量 计算值与实测值对比分析 抽采时间/d 计算值/m3实测值/m3 误差率/ 301237. 071259. 081. 7 602104. 401994. 875. 5 902971. 732926. 821. 5 由表 1 可知，拟合方程计算值与实测值误差率 为 1. 5～5. 5，且随着抽采时间的延长误差率保 持在 10以内，计算值与实测值相比有较高的精 确度。 3试验区残余瓦斯含量对比分析 由拟合方程可得试验区在不同预抽时间内的残 余瓦斯含量值，残余瓦斯含量经拟合方程计算值、 经实测抽出量计算值、现场实测值及误差见表 2。 表 2穿层钻孔试验区残余瓦斯含量值对比分析 对比项目 抽采时间/d 306090 现场实测值/ m3t －1 7. 447. 126. 75 经实测抽出量计算值/ m3t －1 7. 487. 176. 79 经实测抽出量计算值误差率/0. 500. 700. 60 经拟合方程计算值/ m3t －1 7. 507. 136. 77 经拟合方程计算值误差率/0. 800. 200. 30 经拟合方程计算的试验区残余瓦斯含量与实测 值相比误差率保持在 5以内，计算值与实测值相 比精确度较高，可对试验区残余瓦斯含量进行预 测。 49 总第 136 期煤矿开采2017 年第 3 期 ChaoXing 4试验区合理预抽期计算 由试验区累计瓦斯抽出量拟合方程可计算试验 区残余瓦斯含量降至 6m3/t 时需预抽时间，如表 3 所示。 表 3穿层钻孔试验区合理预抽期计算 试验区瓦斯 储量/m3 试验区残余瓦 斯含量/ m3t －1 试验区需抽出 瓦斯量/m3 需预抽 时间/d 19243. 22 72426. 471 64828. 82154 由图 1 可知，在预抽的 90d 内，试验区累计瓦 斯抽出量近似线性增加趋势，经计算，抽采 71d 时 可由 8. 01m3/t 降至 7m3/t，抽采 154d 时试验区瓦 斯含量即可由 8. 01m3/t 降至 6m3/t。 2. 2顺层钻孔控制区域合理瓦斯抽出量试验 顺层钻孔选择在新春煤矿 1301 采煤工作面进 行，从运输巷往回风巷方向布置 16 个钻孔，钻孔 间距 2. 5m，钻孔长度 70m，控制 60m37. 5m 的试 验区域。在试验区域先施工 3 个钻孔，取样进行了 原始瓦斯含量测定，平均值为 8. 04m3/t;随后又 施工了其余的 12 个钻孔，并全部用聚氨酯进行了 封孔抽采。 2. 2. 1累计瓦斯抽出量与抽采时间拟合方程 试验中，通过对试验区实际瓦斯抽出量计算、 试验区残余瓦斯含量测定、应抽出瓦斯量计算、单 孔应抽出瓦斯量与实际抽出量对比分析等步骤 与穿层钻孔实验步骤相同 ，得出累计瓦斯抽出 量与抽采时间拟合方程，图 2 为拟合曲线。 y5518. 7ln x－7321. 5，R20. 9442 式中，y 为试验区累计瓦斯抽出量，m3;x 为试验 区累计抽采时间，d。 图 2顺层钻孔试验区累计瓦斯抽出量与抽采时间拟合方程 2. 2. 2累计瓦斯抽出量计算值与实测值对比分析 由拟合方程可得抽采 30，60，90d 时试验区累 计瓦斯抽出量计算值，见表 4 所示。 表 4试验区累计瓦斯抽出量计算值与实测值对比分析 抽采时间/d 累计瓦斯抽出 量计算值/m3 累计瓦斯抽出 量实测值/m3 误差率/ 3011405. 7210376. 689. 8 6015273. 9615284. 270. 6 9017511. 6018133. 563. 4 由表 4 可知，拟合方程计算值与实测值误差率 为 0. 6～9. 8，且随着抽采时间的延长误差率保 持在 10以内，计算值与实测值相比有较高的精 确度。 2. 2. 3试验区残余瓦斯含量对比分析 由拟合方程可得试验区在不同预抽时间内的残 余瓦斯含量值，残余瓦斯含量经拟合方程计算值、 经实测抽出量计算值、现场实测值及误差见表 5。 表 5试验区残余瓦斯含量值对比分析 对比项目 抽采时间/d 306090 现场实测值/ m3t －1 6. 726. 446. 15 经实测抽出量计算值/ m3t －1 7. 036. 556. 28 经实测抽出量计算值误差率/4. 601. 702. 10 经拟合方程计算值/ m3t －1 6. 936. 566. 34 经拟合方程计算值误差率/3. 101. 903. 10 由表 5 可知，经拟合方程计算的试验区残余瓦 斯含量与实测值相比误差率保持在 5以内，计算 值与实测值相比精确度较高，可对试验区残余瓦斯 含量进行预测，并对抽采达标时预抽期进行计算。 2. 2. 4试验区合理预抽期计算 由试验区累计瓦斯抽出量拟合方程可计算试验 区残余瓦斯含量降至 7，6m3/t 时需预抽时间，如 表 6 所示。 表 6区残余瓦斯含量值对比分析 试验区瓦斯 储量/m3 试验区残余瓦斯 含量/ m3t －1 试验区需抽出 瓦斯量/m3 需预抽 时间/d 82779. 84 710707. 8427 621003. 84169 由图 2 可知，钻孔封孔抽采前 30d 内，由于瓦 斯赋存量高，瓦斯补给来源充足，且前期钻孔封孔 效果好，试验区每天瓦斯抽出量较大，累计瓦斯抽 出量近似线性关系，因此，抽采 27d 时试验区瓦斯 含量即可由 8. 04m3/t 降至 7m3/t; 抽采 30d 后，随 着抽采的延续，试验区大量瓦斯被抽出，煤体及钻 孔开始变形，钻孔周边开始出现裂隙，抽采浓度降 低，且瓦斯补给来源被削弱，每天瓦斯抽出量逐渐 减小，累计瓦斯抽出量缓慢增加，此时，累计瓦斯 抽出量与预抽时间符合对数关系，经计算，需抽采 169d 试验区瓦斯含量才能由 8. 04m3/t 降至 6m3/t。 3结论 1通过对试验区实测抽出瓦斯量进行分析， 得出了穿层钻孔试验区域累计瓦斯抽出量与预抽时 间的拟合方程 y28. 911x369. 74，R20. 993 。 经计算，抽采 154d 时试验区瓦斯含量即可由 8. 01m3/t 降至 6m3/t，考虑实际抽采量与计算抽采 下转 99 页 59 艾灿标等 新春煤矿突出煤层合理预抽期研究2017 年第 3 期 ChaoXing 量。其次，完善技术服务和知识产权保护体系，促 进科技成果管理和转化，加速知识产权的保护与流 转，提高其对设计院经济效益的贡献。最后，营造 良好的科技创新氛围，大力培育创新文化，不断加 强设计人员的创新意识，在设计生产过程中积极采 用新工艺、新技术、新设备，保持设计的先进性， 以促进设计院的技术创新工作。 注重提高设计院科研实力和水平。对获得国家 注册师人员及取得科研成果员工给予奖励。2012 年以来，全院发表科技论文 80 余篇，获得国家发 明专利 1 项。承担天地科技开采设计事业部生产力 转化项目 1 项，青年创新基金 4 项。建立科技投入 稳定增长机制，并执行严格规范的监管制度，加强 科技经费管理，提高使用效率。同时，加强核心技 术和关键技术的培育力度。天地科技设计院在井下 选煤方面实现了技术突破，增强了综合竞争力; 在 选煤工艺方面实现了技术创新，形成了自主知识产 权，应用在新窑选煤厂总承包项目，大幅度降低了 投资，为企业在神木地区树立品牌发挥了作用。 3. 4市场开拓与营销 创新营销模式，建立新型营销体系。面临复杂 多变的市场和激烈的竞争，应建立 “市场、服务、 顾客、联盟”相融合的新型营销体系。市场指要 看准机遇、抢抓机遇，促进设计院发展; 服务指提 供高水平、高质量、全方位的服务，提升设计院形 象; 顾客指加强客户关系管理，贴近客户，与客户 建立良性合作关系; 联盟指加强合作，联合发展， 获得双赢。 加大市场开拓力度。依托已完成项目在其地区 的辐射影响力，加强设计市场开发策划，利用各种 方式宣传设计院综合优势。加强与老客户的沟通与 联系，做好设计项目的回访工作，在现有项目上挖 掘新项目，稳固已有市场。强化工程设计及总承包 管理工作，进一步拓宽设计市场领域。 4结束语 对天地科技设计院的内外部环境进行了分析， 找出了其经营发展的机会和威胁、优势和劣势。通 过 SWOT 矩阵分析，制定了内外兼修、稳步扩张 的总体经营发展战略，即做好防守，不断提升本院 综合实力的同时，寻求市场开拓和业务延伸，逐步 优化产业结构，树立 “独具特色设计院”品牌的 总体战略。提出了经营发展战略的具体实施措施， 主要有企业文化建设、人力资源管理、科研实力建 设、市场开拓与营销 4 个方面，提出了天地科技设 计院后续健康发展方向。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 奚智莉，牛立夫 . 煤炭设计企业发展战略分析 ［J］ . 煤炭工 程，2012，44 S2 190－192. ［ 2］ 冯冠学 . 煤炭设计咨询企业应对国际化策略 ［J］ . 煤炭工程， 2010，42 12 1－3. ［ 3］ 戚宇君 . EU 公司压力变送器产品营销策略研究 ［D］ . 苏州 苏州大学，2014. ［责任编辑 邹正立］ 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 上接 95 页 量的差异性，新春煤矿 1302 运输巷掘进工作面穿 层钻孔试验区预抽期应不低于 160d。 2通过对试验区实测抽出瓦斯量进行分析， 得出了顺层钻孔试验区累计瓦斯抽出量与预抽时间 的拟合方程 y 5518. 7ln x－ 7321. 5，R2 0. 9442 。经计算，需抽采 169d 试验区瓦斯含量 才能由 8. 04m3/t 降至 6m3/t，考虑实际抽采量与计 算抽采量的差异性，新春煤矿 1301 工作面顺层钻 孔试验区预抽期应不低于 170d。 3通过对已测定的试验区瓦斯抽采参数进 行数据分析，得出试验区累计瓦斯抽出量与预抽时 间的拟合方程。根据拟合方程可以预测试验区后期 的瓦斯抽采情况，以及计算试验区瓦斯抽采达标时 的预抽期。 通过对该项目的研究，找出了一种残余瓦斯含 量预测及抽采达标时预抽期计算的参考方法，对于 实际提高区域瓦斯预抽效果、保证煤矿安全生产， 具有重要的理论意义和工程应用价值。 ［ 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 . 煤矿安 全规程 ［M］． 北京 煤炭工业出版社，2015. ［ 2］ 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. ［ 3］ 刘少博 . 新义矿顺层抽采钻孔瓦斯运移规律及封孔技术研究 ［D］． 焦作 河南理工大学，2014. ［ 4］ 吕保民 . 煤层瓦斯预抽期评价及预抽效果分析 ［J］． 能源技 术与管理，2011 3 16－18. ［ 5］ 张海祥 . “先抽后采”瓦斯治理技术在南山煤矿的应用 ［J］． 煤炭技术，2009，28 5 94－96. ［ 6］ 王继仁，郝晋伟，武德全，等 . 本煤层固液耦合流体壁式密 封技术开发与应用 ［J］ . 中国安全生产科学技术，2015，11 4 33－39. ［责任编辑 邹正立］ 99 王安 新形势下煤炭设计企业发展实例分析2017 年第 3 期 ChaoXing