本煤层瓦斯抽放钻孑L布置间距的优化方法_图文.doc

煤矿安全200903 ・25・ 本煤层瓦斯抽放钻孑L布置间距的优化方法 于宝海1’2,凌志迁1’2,刘国忠1’2 1.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州221008;2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221008 摘要分析钻孔抽放瓦斯效果的影响因素表明,在设计钻孔抽放瓦斯参数时,以合理确定钻孔布置间距最为重要。提出了本煤层瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法,并根据钻孔瓦斯流量衰 减规律方程,以瓦斯抽出率作为指标,建立了相关的理论方程式。现场应用效果表明,该方法对于指导钻孔抽放参数设计具有广泛的应用价值。关键词瓦斯抽放;钻孔布置间距;抽放效果中图分类号TD712.6 文献标识码B 文章编号1003496X200903002503 预抽煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出,减少采场 瓦斯涌出量的主要措施。根据煤矿瓦斯抽采基本 指标AQl0262006规定,不同矿井、不同煤层要求达到不同大小的瓦斯抽采率指标。由于在规定预抽期内,煤层瓦斯抽采率大小决定于抽放钻孔的设计参数,特别是钻孔的布置间距大小最为重要,因此,分析优化抽放钻孔布置间距,从而保证煤层在预抽期内达到预定的抽采率,具有十分重要的意义。 1 钻孔抽放瓦斯效果的影响因素 理论研究表明,钻孔抽放本煤层瓦斯属于径向 不稳定流动,在瓦斯流动时间较长时,钻孔稳定的瓦斯流量基本上与煤层原始瓦斯压力和钻孔内瓦斯压力平方差成正比,与煤层透气性系数入成正比,与钻孔半径的1/31/5次方成正比。根据煤层瓦斯流动特性,当流动为稳定流时,钻孔瓦斯径向流动的表达式为 式中Q钻孔瓦斯流量,m3/d; M煤层厚度,m; A煤层透气性系数,m2/MPa2・d;P。煤层原始瓦斯压力,MPa;P,。钻孔内瓦斯压力,MPa;p标标准大气压力,0.1MPa; R钻孔抽放半径,m;r0钻孔半径,m。 从式1可以看出,加大钻孔孔径能起到增加瓦斯抽放量的效果。假定当钻孔抽放瓦斯半径为 10 m,其他参数不变,孔径从0.1m增大到l m时, 钻孔的瓦斯流量变化为q/q。In10/0.1/In10/ 12。 上述表明,孔径增大10倍,钻孔瓦斯流量才增加2倍,因此,增加钻孑L孔径来提高瓦斯抽放量是很 有限的。实际上增大钻孔孔径目前在钻进工艺上也较难实现。 另外,通过提高抽放负压来增加抽放率其效果也不大。根据式1可知,由于Q与P一p2,。成正 比,而煤层原始瓦斯压力相比钻孑L内瓦斯压力较大,因而即使抽到真空,也不能产生较显著的效果。 实践证明,对于预抽煤层瓦斯,钻孑L布置间距对 抽放瓦斯效果及抽放成本最为关键旧1。而钻孔布置间距与钻孔的有效抽放半径有关;有效抽放半径 随抽放时间的延长而逐渐增大,当时间达到某一临 界值时,则达到极限抽放半径。若2个钻孔间距超过极限半径的2倍,则无论怎样延长抽放时间,钻孔之间煤体中的瓦斯总有一部分抽不出来。而钻孔布 置过于密集时,钻孔在抽放过程中容易串孔,且打钻 成本显著增加。因此,对于本煤层瓦斯抽放参数设计,以合理确定钻孔布置间距最为重要。2瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法 2.1 钻孔瓦斯流量衰减规律 根据煤层瓦斯流动理论可知,当流动性质为非 稳态时,钻孑L瓦斯流量随着时间的延长呈衰减规律而变化。钻孔瓦斯流量的变化规律基本上符合负指 数方程旧J,即 q￡qoe“2 式中 qt百米钻孔瓦斯流量,m3/rain・ 2帕一 叩一R 一‰ 正一h 坐赈|一 Q 万方数据 ・26・ 煤矿安全Total412 hm; 口。钻孔的初始瓦斯流量,ITl3/min; a钻孔瓦斯流量衰减系数,d。 2.2钻孔布置间距理论方程式建立 根据钻孔瓦斯流量衰减规律方程式2,推算经td时间单孔抽放的瓦斯总量为 Dcr酱lq州c3式中Q。经￡d时间单孔抽放的瓦斯总量, 1 ITI; q￡百米钻孔经t日排放时的瓦斯流 量,Ill3/rain・hm; z钻孔长度,171; 卜一抽放时间,d。 而钻孔单孑L控制范围内煤体瓦斯储量Q日为 QHpM【HW、4式中p煤的密度,t/m3; M煤层平均厚度,m; 卜钻孔间距,m; 弘一煤层原始瓦斯含量,m3/t。 则经￡d时间瓦斯抽出率77应为 f墚g￡d￡ 71瓴QcQ喾5 H pMHW ”。 即以抽出率作为指标,确定钻孔布置间距的理论方程式为 日与学㈤ 式中叼预抽瓦斯率,。 其它符号意义同上。 3应用实例 皖北煤电集团孟庄煤矿地质构造复杂,瓦斯问题严重,19961997年间,矿井共发生7次煤与瓦斯突出动力现象,最大突出煤量19t,2005年经省发改委批准为煤与瓦斯突出矿井。由于孟庄矿已经进入到一700ITI以下深部开采,矿井瓦斯涌出量明显增大,因此,现阶段怎样进一步做好矿井瓦斯抽放工作,如何提高煤层瓦斯预抽率,增加预抽量,已经成为矿井安全生产中需要亟待解决的问题。 3.1顺层钻孔瓦斯抽放效果考察 孟庄煤矿Ⅳl采区采用顺层钻孔预抽本煤层瓦斯。为摸清适合于Ⅳl采区本煤层瓦斯抽放的参数,优化顺层钻孔的抽放效果,在Ⅳ311工作面风巷 煤帮打试验顺层钻孔3个,设计钻孑L直径多9J mm,孔深40121,间距15ITI,并立即挂网抽放,抽放负压为13kPa。2007年25月对钻孔瓦斯流量和浓度进行数据考察,其百米钻孔月平均瓦斯流量如表1所示。 表1风巷l一3号试验钻孔百米瓦斯流量统计值 10以n13・min.hm一 3.2钻孔布置间距的优化确定 对表l试验钻孔考察数据进行回归拟合分析,如图1,可得钻孔瓦斯流量衰减指数方程为 qt0.0244e加・叭44‘ 0. 汹i 蟋一0. 藻{o. 舞’o. 球一 盖o. O. 抽放时问/d 图1百米钻孔瓦斯流量变化曲线图 孟庄矿Ⅳ31l工作面煤体密度P1.40t/m3,煤层厚度M2.4ril,煤层瓦斯含量W8.878ITl3/ t;预测工作面正常回采期间,工作面绝对瓦斯涌出量将10m3/min,根据煤矿瓦斯抽采基本指标AQl0262006的规定要求,工作面抽采率应≥30C4。因此,由公式6可求得钻孔布置间距与钻孔抽放时间的关系式 J一 Ⅳ1.76I口tdt0.043f e加_0144‘7由‘./e 根据式7求得顺层钻孔不同预抽期所对应的钻孔布置间距如表2所示。 表2钻孔间距与抽放时间的关系 带d时3060901201501802lo2加270300铆1.051.732.172.462.652.762.842.902.932.95 从表2可以看出,当钻孔布置间距取2.76m 万方数据 煤矿安全2009一03・27・ 时,本煤层预抽期需要6个月,其预抽率达到30。因此,确定优化后的顺层钻孔布置间距取2.5m较为合适。 3.2优化后的顺层钻孔预抽瓦斯效果 根据Ⅳ31l工作面顺层钻孔布置间距优化结果,进行钻孔抽放参数设计施工顺层钻孑L并挂网抽放。经过6个月预抽期,对Ⅳ31l工作面进行消突评价,其结果为瓦斯预抽率达到了31.3,可解吸瓦斯含量降至6.099m3/t,满足瓦斯抽采指标可解吸瓦斯含量8m3/t以下标准,工作面基本消除了煤与瓦斯突出危险性。 4结论 1分析钻孔抽放瓦斯效果的影响因素可知,通过增大钻孔孔径和提高抽放负压来增加瓦斯抽放率其效果不佳,对于本煤层瓦斯抽放参数设计,以合理确定钻孔布置间距最为重要。 2根据钻孔瓦斯流量衰减规律方程,以抽出率作为指标,建立了本煤层瓦斯预抽钻孔布置间距的理论方程式。 3通过对皖北孟庄煤矿Ⅳ311工作面顺层钻孔试验数据的考察分析,根据瓦斯预抽钻孔布置间距的理论方程式,推算得出了工作面顺层钻孑L布置间距与本煤层瓦斯预抽期的对应关系。 4对皖北盂庄煤矿Ⅳ311工作面顺层钻孔预抽瓦斯效果进行验证,其结果为经过6个月预抽期,工作面瓦斯预抽率达到了31.3,可解吸瓦斯含量降至6.099m3/t,满足瓦斯抽采指标可解吸瓦斯含量8m3/t以下标准,工作面基本消除了煤与瓦斯突出危险性。 参考文献 [1]余长林.提高低透气性煤层钻孔抽放瓦斯量的途径 [J].煤矿安全,199953536. [2]李海涛.采空区瓦斯抽放参数的优化[D].阜新辽宁 工程技术大学,2005. [3]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京煤炭工业 出版社,2001. [4]AQl0262006,煤矿瓦斯抽采基本指标[s].北京煤 炭工业出版社,2006. 作者简介于宝海,男,江苏江都人,硕士,助教,从事矿井通风与安全工程方面的研究。 收稿日期20080804;责任编辑王福厚 r““姒皿舢舢““舢取舢舢舢舢舢舢“轧舢舢姒舢以舢取舢舢舢舢掣舢舢驰“驰舢且姒皿舢舢取’;.国外煤矿安全信息.1 f乌克兰采矿设备用耐火工作液体的现状和发展前景 ;l ‘譬j耐火工作液体是采矿设备的主要部分。它把机械作业力从动力机传送到机械执行部分。采t i矿设备的工作适应性、可靠性、耐久性和生产效率取决于耐火工作液体的性质。耐火工作液体影E j响到作业安全、人员健康、生态环境、采煤的经济状况。例如,机械化液压支架工作液体的耗量决￡I定着支架的类型、耐磨性、机械操作水平,其吨煤消耗量为1.2510L。按欧盟发达国家采用的分 j类,耐火工作液体分3种类型HFB一机械化支架的液压系统;HFA一液压离合器用的返复用乳状E ;液;HFC一以聚乙二醇类代替采煤机液压系统用的石油。乌克兰煤矿采用HFA型的耐火工作液b j体。1996年,科研部门根据乌克兰煤炭部要求,制定出耐火工作液体的要求和其性质。其中有耐￡l火工作液体中水的乳化要求;对乳化液的乳化作用和稳定性的要求;对保持稳定性持续时间的要 j求;耐火工作液体的摩擦性要求和防腐要求;对非金属结构材料作用的要求;对操作人员伤害作用l 3I要求等。最近研制出1PK一万能乳化液,经过化验和实际应用得到很好的效果。} ‘ ‘ I摘自YrO]Ib YKPAHHBI2008No.6 3I吗。竹1r竹竹竹竹竹1f竹竹1f竹竹1卞.竹11r.盱竹竹竹竹.t卞.竹.一竹竹竹,t席.竹竹竹竹竹竹竹1f竹竹竹竹竹竹1flf十 万方数据