穿层钻孔瓦斯抽采技术

穿层钻孔瓦斯抽采技术（精选9篇）

穿层钻孔瓦斯抽采技术 第1篇

为消除松软煤层钻孔成孔后因塌孔造成的瓦斯抽采通道堵塞,保证瓦斯抽采的持续性和抽采效果,我国部分煤矿在松软煤层抽采钻孔施工完成后采用退出钻杆,在钻孔内下放一定长度的筛管进行护孔,为瓦斯抽采提供通道。但是,由于传统的退钻杆后下放筛管方法在实施过程中存在下放难度大,成功率低,不能做到全孔段下放筛管,现场应用效果不理想。在经过不断的改进和试验后,研发形成了新型的全孔段筛管下放技术,并在淮南潘一矿、新集一矿、丁集煤矿,河南首山一矿、平煤十矿,山西长平煤矿等矿井进行了现场试验[1,2,5,7,8,9,10,11],取得了较好的应用效果。但是,该技术大多是在顺层钻孔中进行试验与推广应用的。对于突出煤层群赋存的矿井,一般采用穿层钻孔联合抽采各煤层瓦斯。为了考察全孔段筛管下放瓦斯抽采技术在穿层钻孔中的应用效果,以神华宁煤集团石炭井焦煤公司松软低透气性煤层群为研究对象,进行了穿层钻孔全程筛管下放技术现场试验,以为穿层钻孔筛管下放瓦斯抽采技术的推广应用奠定基础。

1 全程筛管下放技术原理及施工工艺

1. 1 全程筛管下放技术原理

全程筛管下放工艺的技术原理: 在松软突出煤层群穿层钻孔施工过程中,采用大通孔开闭式金刚石复合片钻头和大通孔宽叶片螺旋钻杆进行施工,钻孔成孔后,不退出孔内钻杆和钻头,将孔底固定装置和护孔筛管从钻杆与钻头的内通孔输送到孔底,然后再退出钻杆和钻头,筛管则通过孔底固定装置固定后留在钻孔内作为瓦斯抽采通道,实现“钻到位、管到底”[5,7,8]。该套工艺通过孔内筛管疏通使钻孔塌孔以后仍能保持瓦斯抽采通道畅通,瓦斯抽采更充分,确保采煤工作面瓦斯预抽消突效果。与传统退钻杆后下放筛管技术相比较,全程筛管下放技术大大提高了筛管的下入深度,具有操作简单、快速有效、故障率低、下放成功率高等优点[8,9,10]。

1. 2 全程筛管下放施工工艺

全程筛管下放施工时,首先严格按照钻孔设计方位、倾角、钻孔深度等参数进行钻孔施工。钻孔施工至预定位置时( 对于穿层钻孔,钻孔需要穿过煤层顶板2 ~ 3 m) ,停止钻进,将孔内煤岩钻屑尽可能地冲洗干净; 先退出2 ~ 3 根钻杆,然后将孔底固定装置固定在筛管前段,并通过钻杆内孔向孔底下放; 当筛管前段固定装置到达钻头位置时,用力顶开钻头横梁,并继续向孔底下放筛管,直到无法推送为止,此时可以往外拖动筛管以判断筛管前段固定装置是否已经挂住煤岩壁; 启动钻机,开始往外退出钻杆,在退钻杆过程中尽量降低转速以减小钻头旋转对筛管的损伤; 当钻头快退出到孔口时,应停止旋转,避免横梁被打断[1,10,11]。

退钻杆过程中,由于筛管前段的固定装置在顶开钻头横梁后翼爪伸开,钻杆退出后翼爪牢牢抓住煤岩壁,从而将筛管固定在钻孔孔内,形成了有效的瓦斯抽采通道,降低了塌孔对瓦斯抽采的影响。

2 现场试验

2. 1 试验地点及煤层情况

试验地点选在神华宁煤集团石炭井焦煤公司三水平三阶段上83 集中巷31#钻场。

试验区煤层为上组煤3#、4#、5#煤层,3#煤层为复杂结构的中厚煤层,含4 层夹矸,煤层平均厚度为3. 1 m,煤的坚固性系数为0. 54 ~ 0. 84; 顶板为泥岩,易垮落; 底板为粉砂岩,节理发育,与下伏4#煤层平均间距为21. 2 m。4#煤层为复杂结构的厚煤层,含8 层稳定夹矸,煤层平均厚度为5. 6 m,煤的坚固性系数为0. 51 ~ 0. 78; 顶板为泥岩; 底板为粉砂岩,强度较低,属“三软”岩层,与下伏5#煤层平均间距为5. 95 m。5#煤层为复杂结构的厚煤层,含4 层夹矸,煤层平均厚度为5. 2 m,煤的坚固性系数为0. 52 ~0. 62; 顶板为泥岩,易垮落; 底板为粉砂岩。3#、4#、5#煤层原始瓦斯含量分别为7. 60、9. 34、8. 52 m3/ t,透气性系数分别为0. 049 3 ~0. 071 2、0. 039 9 ~0. 048 5、0. 024 1 ~ 0. 042 7 m2/ ( MPa2·d) 。可以看出,各煤层均属于松软低透气性煤层。

2. 2 试验概况

选用的试验设备主要有: ZDY1900S型液压钻机、高强度整体式三棱螺旋钻杆( Φ73 mm) 、大通孔开闭式复合片钻头( Φ113 mm、Φ96 mm) 、后置水辫、固定装置,以及整盘式筛管。现场试验时间从2014 年9 月11 日开始至11 月21 日结束。试验共设计15 个抽采钻孔,实际施工22 个钻孔,钻孔最小倾角- 1°( 下向孔) ,最大倾角84°,钻孔孔深最大达到175 m。

2. 3 试验结果分析

试验设计需施工15 个穿过3#、4#、5#煤层的钻孔,由于试验区域煤岩地质条件复杂,导致一次性施工未成孔7 个,经过二次施工成孔后,实际施工钻孔22 个,钻孔最终施工成孔率为100% 。

在本次穿层钻孔筛管下放试验中,筛管下放成功率以筛管前端固定装置是否穿过预定煤层段一定距离或完全穿过煤层至顶板一定距离,且按退钻时筛管不随钻杆一起退出来判断。根据现场试验统计,在15 个钻孔中,只有第1 个钻孔由于煤岩破碎固定装置挂不住煤岩壁,导致下放筛管失败,经过对固定装备改进后,其余14 个钻孔筛管顺利下放,因此,本次穿层钻孔筛管下放成功率为93% 。

此外,在本次筛管下放过程中,出现倾角较大、设计孔深较长的钻孔,由于筛管与钻杆内壁的磨擦力、筛管的自身重力,导致筛管不易下到孔底,但经过改进均成功下放筛管。在本次下放筛管试验中,筛管下放最深长度达174 m,为目前穿层钻孔筛管下放最大深度。

3 全程筛管下放对瓦斯抽采效果影响分析

为了分析全程筛管下放技术对松软煤层群穿层钻孔瓦斯抽采效果的影响,对31#钻场试验钻孔瓦斯抽采流量、浓度、负压等参数进行了考察。同时,选择上83 集中巷32#钻场作为对比钻场,对比钻场各钻孔施工参数与试验钻场各钻孔施工参数一致,且全部未下放筛管,两个钻场钻孔均在12 月初全部封孔连接主管进行瓦斯抽采。

3. 1 整体抽采效果对比分析

试验钻场与对比钻场主管瓦斯抽采浓度和抽采纯量变化规律如图1 ~2 所示。由图1 ~2 可知,在120 天的考察时间内,试验钻场瓦斯抽采浓度和抽采纯量均高于对比钻场。试验钻场瓦斯抽采最大浓度为14. 8%,最大纯量为0. 351 m3/ min; 对比钻场瓦斯抽采最大浓度为11. 3%,最大纯量为0.267 m3/ min。根据抽采计算,对比钻场瓦斯抽采平均浓度仅为8. 4%,试验钻场瓦斯抽采平均浓度为11.9%,提高了41%; 对比钻场瓦斯抽采平均纯量为0. 097 m3/ min,试验钻场瓦斯抽采平均纯量为0. 215 m3/ min,提高了1. 23 倍。

3. 2 单孔抽采效果对比分析

选取试验钻场31 - 3#、31 - 4#、31 - 5#、31 - 9#、31 - 12#钻孔,与对比钻场32 - 3#、32 - 4#、32 - 5#、32- 9#、32 - 12#钻孔在不同时间的瓦斯抽采浓度和纯量进行对比分析。各试验钻孔孔深及筛管下放均达到设计要求,与对比钻孔施工参数相对应,且抽采负压相同。试验钻孔与对比钻孔单孔抽采瓦斯浓度及纯量变化情况见表1。

从表1 可以分析得出:

1) 各试验钻孔单孔瓦斯抽采平均浓度均高于各对比钻孔单孔瓦斯抽采平均浓度,各单孔瓦斯抽采平均浓度分别提高了0. 2 ~ 3. 5 倍,试验钻孔合计平均瓦斯抽采浓度提高了0. 9 倍; 各试验钻孔单孔瓦斯抽采平均纯量均高于各对比钻孔单孔瓦斯抽采平均纯量,各单孔瓦斯抽采平均纯量分别提高了0. 7 ~7. 2 倍,试验钻孔合计平均瓦斯抽采纯量提高了4. 5 倍。

2) 试验钻孔中31 - 3#、31 - 5#、31 - 9#钻孔瓦斯抽采初始浓度均达到了100% ,且保持较高的抽采纯量,而对比钻孔中只有32 - 5#、32 - 9#钻孔瓦斯抽采初始浓度较高,达到了80% 以上,但瓦斯抽采纯量却不大。整体上看,各试验钻孔单孔瓦斯抽采初始浓度和初始纯量均大于各对比钻孔。

3) 抽采30 天以后,试验钻孔中31 - 3#、31 - 5#、31 - 9#钻孔瓦斯抽采浓度仍然较高,处于50% 以上,且仍然保持较高的抽采纯量; 对比钻孔中初始浓度较高的32 - 5#、32 - 9#钻孔瓦斯抽采浓度已经下降至20% 左右,瓦斯抽采纯量也有所减小。整体上看,抽采30 天以后,各试验钻孔单孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量仍保持较大值,而各对比钻孔单孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量已经下降。

4) 抽采120 天以后,试验钻孔中31 - 3#、31 -5#、31 - 9#钻孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量均下降较大,但各钻孔瓦斯抽采浓度仍保持在16. 2% ~ 32.6% 内,抽采纯量为0. 023 ~ 0. 049 m3/ min; 对比钻孔中除32 - 5#钻孔瓦斯抽采浓度和抽采流量有所上升外,其余钻孔瓦斯抽采浓度为5. 8% ~ 17. 0% ,抽采纯量为0. 001 ~ 0. 006 m3/ min。因此,抽采120 天以后,各试验钻孔单孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量虽有一定衰减,但仍保持较高值,抽采效果良好,而各对比钻孔单孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量则较小,抽采效果比试验钻孔差。

4 结论

1) 现场试验得出,全程筛管下放瓦斯抽采工艺技术在石炭井焦煤公司松软低透气性煤层群穿层钻孔中的钻孔施工成孔率为100% ,筛管下放成功率为93% ,筛管下放钻孔最大倾角为84°,筛管成功下放最大深度达到174 m。

2) 现场考察分析瓦斯抽采效果得出,全程筛管下放瓦斯抽采技术提高了钻孔的瓦斯抽采浓度和抽采纯量,延长了钻孔瓦斯抽采周期。相比未下放筛管瓦斯抽采,其单孔平均瓦斯抽采浓度提高了0. 2 ~3. 5 倍,平均瓦斯抽采纯量提高了0. 7 ~ 7. 2 倍。

3) 全程筛管下放瓦斯抽采技术在石炭井焦煤公司松软煤层群穿层钻孔中的应用,提高了钻孔成孔率,保证了瓦斯抽采通道畅通,可以从根本上解决松软煤层群易塌孔影响瓦斯抽采技术难题,适合在该矿井或其他类似矿井进行推广应用。

参考文献

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[2]冯大钧,孔伟,徐树斌,等.新型瓦斯抽放钻孔技术在平煤十矿松软煤层中的应用[J].矿业安全与环保,2013,40(4):69-72.

[3]程远平,付建华,俞启香.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2009,26(2):127-139.

[4]殷文韬,刘明举,温志辉,等.煤层瓦斯抽放封孔工艺研究与应用[J].煤炭工程,2011(2):31-33.

[5]陈功胜,高艳忠.松软煤层瓦斯抽采钻孔不提钻下入筛管技术[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2014,33(5):592-596.

[6]袁亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社,2004.

[7]殷德银.穿层钻孔抽采效果考察[J].矿业安全与环保,2009,36(2):54-56.

[8]肖丽辉,李克松,徐树斌.下筛管专用钻头的研制及其应用[J].煤炭技术,2014,33(5):197-199.

[9]徐树斌,钟沛,伏彪,等.新型筛管护壁工艺在新集一矿的应用[J].煤矿安全,2014,45(9):152-154.

[10]郭昆明,肖丽辉,冯大钧,等.新型瓦斯抽采钻孔设备及下放筛管技术研究[J].煤炭工程,2014,46(1):50-52.

穿层钻孔瓦斯抽采技术 第2篇

关键字：钻孔桩钻进记录 发布时间：2010-04-17

摘要：通过对顶板泥岩破碎带进行注浆处理，使钻孔施工深度达到设计要求，有效提高了高位钻孔抽采效果，对于松软围岩工作面瓦斯治理效果特别显著。

关键词：松软围岩破碎卡钻注浆封孔 1工作面概况

淮北矿业许疃煤矿7128工作面位于82采区的右翼，走向长2100米，倾斜长165米，煤厚平均1.7m，其中里段有560米处于71、72煤层合并区，煤层厚度2.3～7.1米，平均4.7米，煤层倾角8°～15°，平均11.5°；外段有220米处于71、72煤层合并区，煤层厚度4.3～6.3米平均4.8米，煤层顶板为细砂岩，厚6.06～16.8米，平均11.4米，煤层倾角10°-28°，平均19°。煤层直接顶为粉砂岩、泥岩、砂泥互层，厚薄不均，局部泥岩厚度达到11.5米。工作面标高-445.0～-520.0m，71煤层瓦斯含量4.46m3/t，72煤层瓦斯含量5.01m3/t，可采储量139.48万吨，瓦斯储量1120万m3，计划月产10万吨。工作面绝对瓦斯涌出量为15-24m3/min，配风量为1500m3/min。2松软围岩高位钻孔施工期间存在的问题

为解决瓦斯问题，在风巷掘进期间，每隔80～100米施工一个高位钻场。为便于通风管理，一般钻场长度不超过6米，采用扩散通风，即钻场从风巷拨门，以20～60°的角度爬坡进入煤层顶板0.5～1米的位置。每个钻场内施工6～8个钻孔，钻孔开孔间距500mm，钻孔深度为140m，钻孔终孔位置位于煤层顶板20～28米、距离风巷中线5～30米。由于煤层顶板是复合型顶板，且泥岩较厚，钻孔有50米处在软岩中很难穿过，施工期间主要存在以下几个问题：

2.1松软围岩岩性破碎，有多种岩石掺杂一起，其不同岩面抗压能力不同，当钻头穿过不同岩性，很难掌握钻机的给进压力，极易导致钻孔偏斜，经常发现钻孔偏到煤层顶板40～50米位置或钻孔从煤层顶板进入煤层体中，施工的钻孔很难满足瓦斯治理需求。

2.2泥岩遇水易膨胀、返沫难，易造成卡钻、埋钻现象，如果处理不当，强行钻进，极易掉钻头、钻杆现象。

2.3在松软岩层中好不容易施工的钻孔，在退钻后很快就出现不同程度的塌孔、缩孔现象，很难实现全程下护壁管处理，护壁管经常30米都下不到。抽放期间，由于孔内不畅通，裂隙不发育，导致抽放管路内负压大，流量小，瓦斯浓度低，采空区随顶板垮落的瓦斯不能得到抽放，随采空区漏风一起进入工作面上隅角和回风巷，极易造成上隅角瓦斯超限。

2.4松软岩层中开孔施工的高位钻孔，其开口端岩性破碎、易导致钻孔封孔不严，一旦与瓦斯泵连接，易产生裂隙和钻孔串孔现象，如不采取妥善处理，严重影响抽采效果。3改进方案

3.1为了改变松软围岩的岩性，采取注浆加固的措施进行处理，利用小钻头对岩体破坏小，易钻进、方位偏差小的特点，在松软岩石段采取φ75mm的小钻头开孔，直至穿过松软岩石段，然后往孔内插入注浆管、回浆管，回浆管要尽量插入钻孔末端，然后用预湿的快干水泥卷进行孔口封孔，封孔深度不低于0.6m。待快干水泥凝固后，利用自制的风动注浆泵进行注浆，为提高注浆效果，加速孔内泥浆的凝固速度，在水泥浆中，加入适量膨胀剂、速凝剂、石膏粉等特效材料，其质量配比为：水泥：水：膨胀剂：速凝剂：石膏粉＝100：80：9：2：0.5；若注浆过程中，周围岩壁裂隙中有较多浆液流出，应间断地多次注浆，以提高注浆效果。

3.2注浆24小时候，孔内注入的浆液完全凝固，岩体得到很好加固，此时可采用φ94mm或φ113mm的大钻头开孔钻进，直至终孔。

穿层钻孔瓦斯抽采技术 第3篇

1 工作面概况

己15-12041采面位于己二采区上部是采区的一个首采工作面,该采面走向长110 0 m,倾斜宽16 5 m,煤层厚3.2 m,倾角为10°~12°,瓦斯含量16 m3/t,瓦斯压力2.40 MPa,采煤方式为综采一次采全高,属突出危险工作面。

2 瓦斯涌出规律及特点

2.1 瓦斯涌出量分析

根据生产过程中实测,煤壁为4~6 m3/mi n,落煤为2~3 m3/m i n,上隅角为5~6 m3/m i n,其它1~2 m3/m i n,总涌出量为12~18 m3/mi n。从测试参数可以看出,煤壁和上隅角涌出量较大,分别占总涌出量的33.3%和41.7%,落煤占16.7%,其它占8.3%。

2.2 特点

(1)煤壁:涌出量较大,较为稳定,波动不大,受外界影响不大。

(2)落煤:有一定的波动,波动幅度与割煤速度、落煤量等因素有关系。

(3)上隅角:涌出量大,波动幅度大,受外界影响大,一是受通风系统影响,如系统不稳定,经常开关风门;二是受上下隅角封堵效果的影响。

2.3 采空区三带瓦斯分析

(1)根据划分,采空区沿竖直方向可划分为:冒落带、裂隙带、变形带三带,八矿己15煤层顶板以上8~10 m有一层不易垮落的细砂岩,冒落带上部只能冒落到该位置,因此冒落带高度为8~10 m,裂隙带厚度30~40 m,变形带厚度50~100 m。

(2)瓦斯分析:冒落带下部为低浓度瓦斯,在采面负压通风的作用下,瓦斯大部分从上隅角涌出,其上部瓦斯浓度较高,受负压通风影响较小,只有顶板垮落或周期来压时,才向工作面涌出;裂隙带富含大量的高浓度游离瓦斯,一般不向外涌出。

3 上隅角底板穿层抽放

原理:利用底板抽放巷的穿层钻孔将上隅角积聚的瓦斯通过管路抽走。此抽放优点是:上隅角的瓦斯在抽放负压的作用下向后运动,保证了上隅角瓦斯不超限。

方法:在风巷底板岩石中沿走向做一条抽放巷,抽放巷与风巷水平外错25 m,层间距8~12 m,巷道宽度4.5 m,高3.2 m。锚网索支护,抽放巷作用一是掩护煤巷掘进,在抽放巷内向煤巷打钻预抽,防治煤与瓦斯突出;二是解决采面上隅角瓦斯。

钻孔布置:底板抽放巷内沿走向每隔30 m布置一个Φ3 00 mm的上隅角穿层抽放钻孔,钻孔布置在采面风巷上帮中上部的位置,钻孔内全程下套管,与抽放巷内的瓦斯抽放管联网,并安设阀门进行控制,根据采面推进情况进行抽放。抽放系统上安装瓦斯参数监控装置,监控瓦斯抽放浓度、负压、流量和CO变化情况。见图1。

随着采面向前不断推进,上隅角穿层钻孔将进入到采空区的钻孔打开,同时关闭后面的钻孔,每次只有靠近采面的钻孔进行抽放。

抽放系统采用地面瓦斯抽放泵站,抽放泵型号:2BEC-62泵,抽放流量400 m3/min,主干管管径φ500 mm,支干管管径φ300 mm。

4 本煤层抽放

4.1 机风巷顺槽抽放

在机风巷沿走向每隔4 m打一个顺层钻孔,孔径φ89 mm,上行孔孔深90 m,下行孔孔深80 m,利用地面站SK-60泵进行抽放,抽放管径φ200 mm。

抽放后,经取样分析化验,瓦斯含量由16 m3/mi n下降到1 2 m3/mi n,瓦斯压力由2.4 0 MPa下降到0.56 MPa。

4.2 采面浅孔抽放

为防止本煤层抽放钻孔由于孔深不够所造成的空白带而引发突出事故,沿采面每隔1.5 m布置一个φ89 mm、10 m深钻孔进行抽放,一方面防止煤与瓦斯突出,一方面减少落煤时瓦斯涌出量,防止瓦斯超限事故,每次循环进尺5 m,留5 m超前距,抽放后,进行注水。

5 效果分析

5.1 抽放参数分析,见表1

5.2 抽放效果分析

分源抽放后,回风流瓦斯浓度由0.8%降到0.4%以下,日产量由1500 t提高到3000吨,杜绝了煤与瓦斯突出,见表2。

6 结论

(1)底板岩巷穿层预抽解决了采煤工作面上隅角瓦斯超限问题。

(2)底板岩巷穿层预抽系统可靠稳定易调控,能满足抽放的需要。

(3)解决了通过采用挡风障和风巷敷设管路抽放治理采面上隅角瓦斯管理难度大,工序复杂、治理效果差的问题。

(4)还存在一些难题,穿层钻孔施工,打钻困难,钻孔方位不易精确控制。

(5)为今后工作面实现安全生产和高产高效提供了可靠的保证,为实现百万吨队伍成为可能。

摘要：本文系统分析了工作面瓦斯涌出来源,提出了底板穿层钻孔、本煤层顺层钻孔和工作面浅孔联合抽放瓦斯技术,并对抽放效果进行了对比分析,通过现场工业性试验,取得了良好的抽采效果。

关键词：预抽,穿层钻孔,上隅角瓦斯

参考文献

[1]陈留武,杨国和,黄春明,等.水力压裂孔提高松软低透气性煤层瓦斯抽放效果[J].矿业安全与环保,2009(s1).

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穿层钻孔瓦斯抽采技术 第4篇

理办法

为确保瓦斯抽放的效果，有效治理瓦斯，保证安全、高效、快速的掘进，圆满完成公司下达的生产任务，现对施工瓦斯抽放钻孔验收作如下规定，望各相关单位遵照执行。

1、现场跟班控制，每个施钻点在做钻孔设计时选出有代表性的钻孔，每组区域防突措施抽放钻孔中至少选5个孔，由监理单位、安全部、通防部及施钻单位组织现场对所选的钻孔施工时全程跟班观察验收，施工到此钻孔时施钻单位提前通知相关跟班人员现场跟班，以便了解此区域钻孔穿煤岩层情况。

2、严格单孔验收制，除现场全程跟班验收的钻孔外，其它每个钻孔必须有监理单位、通防部、安全部现场验收。钻孔施工将要到位时，由施钻单位提前通知监理单位、通防部、安全部住现场人员现场拔钻验收，并现场签字认可，若监理人员不足或通防部、安全部无人住现场时，可由施钻单位自行安排人员验收，现场签证单上必须填写好钻孔封孔前后的瓦斯浓度，保存签字单。

3、公司相关部门组织不定时的突击性抽孔检查，具体做法如下：

1)、检查验收范围：对全公司井下所有施工的抽放钻孔进行检查验收，即所有揭煤地点的瓦斯抽放钻孔，所有沿煤施工的本煤层瓦斯抽放钻孔，所有过断层、破碎带施工的瓦斯抽放钻孔，1 其它地点施工的瓦斯抽放钻孔。

2)、检查验收人员：由我公司临时安排，组成检查验收的人员为：通防部、安全部、监理单位。通防部负责组织验收，调度室负责通知安排。

3)、汇报时间及方式: 汇报的时间在每个瓦斯抽放孔施工结束时汇报，每施工一个瓦斯抽放钻孔都必须汇报一次，由现场井下施钻人员用井下电话汇报到施工单位调度室，再由施工单位调度室汇报到文家坝公司调度室，防突项目部由现场井下施钻人员用井下电话汇报到防突项目部地面值班室，再由值班领导汇报到文家坝公司调度室，4)、汇报的内容：必须汇报该孔施工人员的姓名，该孔的编号，施工多少根钻杆、多少米，钻孔方位、倾角以及与设计还差多少米到位。

5)、文家坝公司接到施工单位调度室瓦斯抽放钻孔汇报情况后，根据情况酌情考虑是否派人入井进行突击检查，若要安排突击检查，则突击检查人员要做好详细检查记录，记录好所检查钻孔编号，退钻杆的时间，施钻人员的姓名，退钻杆的根数及孔深，钻孔实际方位与倾角，并与设计参数、汇报参数进行比较，分析是否存在问题。

6)、文家坝公司各部室、监理单位安排到现场跟班及验孔人员对现场施工的瓦斯抽放钻孔的进尺验收必须以退钻杆的根数（并换算出长度）为准，并核查好方位和倾角，无问题后方能签 量，否则不准计量。

7)、检查存在问题的处理办法：对于方位倾角与设计误差大于±1度的钻孔，按废孔进行处理，对于孔深汇报进尺大于实际进尺2米以上的，以汇报我公司的瓦斯抽放钻孔进尺与实际验收瓦斯抽放钻孔进尺的差值的2倍作为多报进尺数，用多报进尺数除以实际验收瓦斯抽放钻孔进尺数得出多报百分比，用该百分比乘以全月施工所有瓦斯抽放钻孔实际总进尺得出扣除瓦斯抽放钻孔进尺（如：若抽放孔汇报我公司调度室为410m，实际验收只施工320m，多报90×2=180m，多报百分比180/320=56.25%,全月实际施工瓦斯抽放钻孔总进尺为16000 m，则扣除进尺为：16000×56.25%=9000m）

8)、若检查验收人员检查出问题，除立即组织追查分析外，并对现场跟班验收人员以上述多报百分比的3倍扣除当月工资。

4、无论是日常验收或是突击检查，若发现钻孔倾角方位误差不符合规定（钻孔方位倾角误差不得超过±1度、深度不得超过设计效果深度±2米）时，将按废孔处理，均不予计量，在计算当月多报百分比时，废孔进尺要加入多报进尺内进行计算。

穿层钻孔瓦斯抽采技术 第5篇

瓦斯抽采是解决煤矿生产安全, 预防煤与瓦斯突出的主要措施[1]。因煤矿地质条件原因, 下向穿层瓦斯抽采钻孔被广泛采用。与上向穿层钻孔相比, 因重力影响, 下向穿层钻孔抽采瓦斯普遍存在两个问题:有效封孔段短, 钻孔积水不易排出。国内专家学者针对此进行了大量试验研究, 并提出了若干解决方法。司春风[2]针对被保护层煤巷条带瓦斯抽采问题, 研究了下向抽采钻孔封孔及排水工艺, 提出动压注浆多级封孔技术, 采用气举法排水。张振龙[3]改进了传统瓦斯抽采钻孔封孔方式, 在封孔过程中增设一根Φ15mm管到孔底, 以实现压风自动排水目的。胡祖祥[4]针对下向穿层孔穿过含水层受承压水渗入影响的问题, 提出了分时分段封孔方法。罗孝勇[5]在传统钻孔封孔基础上, 利用海带遇水膨胀原理, 采用水泥、水及海带作为封孔材料, 以解决下向穿层钻孔有效封孔段短, 封孔质量不高等问题。葛俊岭[6]针对下向穿层孔穿过岩层封闭性差, 渗水严重的问题, 提出了分段高压注浆、压风排聚氨酯封孔技术。

上述试验研究取得了重要成果, 但尚不能有效解决渗水量大时下向穿层孔封孔及排水问题。潘三煤矿17181 (1) 运输顺槽顶板岩层为砂岩, 富含砂岩水。在17181 (1) 瓦斯综合治理巷下向穿11-2煤钻孔条带预抽17181 (1) 运输顺槽瓦斯时, 受砂岩水影响, 下向钻孔渗水量较大, 采取常用压风排水措施并未取得理想效果。根据裂隙岩体注浆渗流作用机理[7,8], 提出了封堵钻孔周围渗水裂隙通道以封水的思路并成功实施。制定出“先区域封水, 后打抽采钻孔, 再利用‘两堵一注’法封孔”成套方案, 形成了一种新型下向穿层钻孔封孔方法。

1 下向钻孔封孔影响区域封水

当煤层顶板岩层含水丰富时, 岩层水通过下向穿层钻孔周围裂隙渗入钻孔中, 导致抽采孔内积水严重, 甚至淹没钻孔, 阻塞抽采通道, 增大抽采阻力, 从而影响钻孔的瓦斯抽采效果。封堵下向穿层孔周围裂隙是解决下向孔积水问题的根本途径。采用裂隙岩体注浆技术可以达到封堵岩层裂隙的目的。通过外界压力将浆液注入裂隙岩体中, 浆液以充填、渗透、劈裂等方式, 驱走裂隙岩体中的空气或水分, 使岩体胶结成一个整体, 改变其物理力学性能, 达到防渗堵漏的作用[9,10]。在一定区域内, 合理布置若干注浆钻孔并实施高压注浆, 可以封堵区域内全部岩层裂隙, 此即为区域封水措施整体思路。区域封水措施包括两个方面, 即确定注浆半径和设计注浆钻孔。

1.1 注浆半径的确定

根据裂隙岩体注浆渗流作用机理, 结合17181 (1) 运输顺槽顶板岩层地质条件, 采用现场试验的方法确定注浆半径。现场试验方案如下。

利用钻机在17181 (1) 瓦斯综合治理巷2#、3#钻场底板各施工1个注浆孔, 采用注浆胶囊封孔。封孔完成后利用注浆泵高压注水泥浆液, 待水泥浆凝固48小时, 分别距注浆孔1m、1.5m、2m、2.5m、3m施工考察孔, 并利用内窥镜观察孔内情况并录像。分析录像, 以注浆效果确定注浆半径。注浆孔及考察孔设计见图1。

以3#钻场为例, 注浆孔实际注水泥2.5袋, 实际注浆压力4.5MPa, 注浆结束后, 采用内窥镜观察并录像, 考察注浆孔周边2m、2.5m、3m位置的注浆效果。注浆孔及考察孔内窥效果见图2~5。

由图2~5可知, 注浆效果随距离增大而下降, 这与裂隙岩体注浆渗透规律相符。距注浆孔2.5m范围内注浆效果良好, 考察孔孔壁光滑无渗水, 距注浆孔3m处考察孔局部孔壁有渗水现象, 即可知此处注浆封堵水效果下降较大。综合上述观察分析, Φ75mm注浆孔注浆半径确定为2.5m。

1.2 注浆孔设计

注浆孔设计的原则为:注浆影响区即岩体裂隙封堵区完全覆盖钻场内预抽钻孔的封孔影响范围。在确定注浆半径2.5m基础上, 结合钻场内下向穿层钻孔布置情况, 每个钻场设计20个注浆钻孔, 包括8个短注浆孔和12个长注浆孔。注浆浆液水灰比0.7:1。短注浆孔控制范围为:钻场底板到其以下7.5m, 钻孔到其周边2m。作用为封堵钻场底板裂隙, 亦为长注浆孔高压注浆创造条件。长注浆孔控制范围为:钻场底板到其以下13m, 钻孔到其周边10m。作用为封堵泥岩和砂岩裂隙。长孔注浆影响区域完全覆盖钻场内所有预抽钻孔的封孔影响范围。注浆短钻孔设计见图6, 注浆长钻孔设计见图7。

2 封孔措施

注浆封堵岩体裂隙工作完成后, 浆液凝固24h, 施工下向穿层瓦斯抽采钻孔。下向穿层钻孔施工完成后, 采用“两堵一注”快速封孔法封孔, 设计封孔长度12m。利用ZBY3/16-22煤矿用液压注浆泵, 采用“带压注浆”方式注浆, 注浆压力4MPa以上, 水泥浆水灰比为0.7:1。注浆封孔结束后, 凝固24h, 孔口套管用2寸变头连接瓦斯抽采管路, 同时安装瓦斯流量、浓度监测装置。对延接段管路进行气密性试验后, 开始抽采瓦斯。

3 效果检验

17181 (1) 瓦斯综合治理巷从2013年1月1日开始抽采, 截止2013年3月10日, 累计抽采69天, 干管平均抽采浓度35%, 百孔抽采纯量1.2m3/min, 第一个预抽评价单元 (220m) 已抽采瓦斯14.91万m3 (瓦斯总储量28.9万m3) , 抽采率达51.5%。

与未采取新型封孔方法的穿层钻孔抽采效果进行比较, 选择17181 (1) 上阶段的17171 (1) 运顺底板巷作为比较对象。17171 (1) 运顺底板巷上向钻孔由钻场内施工, 钻场间距30m, 未注浆封堵岩层裂隙, 巷道前300m条带掩护钻孔从抽采开始2个月内干管抽采浓度2%~21%, 百孔抽采纯量0.23m3/min;经比较, 17181 (1) 瓦斯综合治理巷钻场喷注浆后的下向钻孔平均抽采浓度是17171 (1) 运顺底板巷上向钻孔的7.4倍;平均抽采纯量是17171 (1) 运顺底板巷上向钻孔的7.2倍, 见图8、9。

4 结论

1) 结合潘三矿17181 (1) 运输顺槽顶板岩层地质条件, 根据裂隙岩体注浆渗流作用机理, 采用现场试验方法, 确定注浆半径为2.5m。在此基础上, 设计注浆钻孔, 利用高压水泥浆液封堵钻场下向穿层孔封孔影响区域内泥岩和砂岩裂隙, 有效解决了潘三煤矿下向抽采钻孔渗水问题。

2) 采用“两堵一注”快速封孔法封孔, 经实际工作检验, 此方法操作简单, 经济实用, 封孔效果良好, 适合作为下向穿层钻孔的封孔方法。

3) “区域封水”与“两堵一注”快速封孔法, 二者共同组成了“下向穿层抽采钻孔渗水量大导致瓦斯抽采困难”问题的解决方案, 形成了一种新型下向穿层瓦斯抽采钻孔封孔方法。

4) 采用新型封孔方法, 17181 (1) 瓦斯综合治理巷累计抽采69天, 干管平均抽采浓度35%, 第一个预抽评价单元抽采率51.5%。与采用传统方法的17171 (1) 运顺底板巷钻场相比, 平均抽采浓度与平均抽采纯量均有大幅度提高, 抽采效果良好。解决了17181 (1) 运输顺槽瓦斯抽采难题, 为同类条件下向穿层钻孔封孔工作提供了新的技术途径。

参考文献

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[7]苏培莉.裂隙煤岩体注浆加固渗流机理及其应用研究[D].西安:西安科技大学, 2010

[8]张建山, 仵彦卿, 李哲.高压注浆渗流分析与工程应用[J].西北农林科技大学学报 (自然科学版) , 2004, 32 (12) :95-99ZHANG Jian-shan, WU Yan-qing, LI Zhe.Seepage analysis and engineering application of high pressure inject ion of cement liquid[J].Journal of Northwest A&F University (Natural Science Edition) , 2004, 32 (12) :95-99

[9]何修仁.注浆加固与堵水[M].沈阳:东北工学院出版社, 1990:21-22

穿层钻孔有效抽采半径的确定 第6篇

1 试验条件及原理

1.1 试验条件

为了保证穿层钻孔瓦斯有效抽采半径测定结果的科学性、可靠性, 试验区域的选择应满足以下条件。

(1) 必须选择未进行过瓦斯抽采的原始煤层;

(2) 必须保证在整个测试过程中试验区域不受采动影响;

(3) 方便接入抽采系统, 并可独立测定抽采量等参数。

1.2 试验原理

对突出煤层来说, 有效抽采半径是指钻孔抽采一定时间后能消除突出的范围, 这个范围用以钻孔为中心的半径来表示。因此, 在一定抽采条件下, 有效抽采半径由预抽瓦斯有效性指标和预抽时间决定。利用穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯就是在岩巷内向煤层打穿透全煤厚的钻孔, 利用瓦斯抽采泵的抽采压力, 使游离瓦斯抽出、被吸附瓦斯解析, 从而使煤体中的瓦斯含量降到有效性指标以下, 达到煤层消除突出危险的目的。

2 现场试验考察

2.1 钻孔布置、封孔及试验参数

穿层钻孔预抽煤层瓦斯的效果受很多因素的影响, 主要影响因素有:抽采负压、煤孔长度、封孔质量、钻孔间距、抽采时间、钻孔直径等。

2.1.1 钻孔直径

随着钻孔直径的增加, 煤孔壁暴露面积增大, 煤体内卸压范围增大, 有利于煤层中瓦斯的解吸, 提高单孔瓦斯的抽采量。但随着钻孔直径的增大, 容易发生卡钻、塌孔、喷孔、排渣困难, 严重影响钻进效率, 降低了成孔率。根据生产经验及试验矿区条件, 本次试验选择抽采钻孔直径为φ94 mm。

2.1.2 抽采负压

当煤体受到抽采, 瓦斯释放后, 煤体发生收缩变形, 如果煤的物理机械性质各向不同, 则在收缩过程中, 会导致煤体裂隙网络的扩展, 这样可以增加煤的透气性, 从而可以提高煤层瓦斯的抽采效果。但一味的提高抽采负压对增加瓦斯抽出量的作用却不是非常明显, 虽然在短时间内会呈现随着负压的增高, 抽出量增加的趋势, 但随着时间的延长, 其作用逐渐减弱或消失。同时, 钻孔瓦斯抽采过程中, 由于受到管路和钻孔密封性的影响, 如果负压提高得过大会增加空气的漏入, 造成抽采的瓦斯浓度减少, 而且矿井的瓦斯抽采泵提高抽采负压也有一定的限度。因此, 本次试验抽采负压选定为13~18 Kpa。

2.1.3 封孔质量

封孔质量的好坏直接关系到瓦斯的抽采浓度、抽采量, 是影响抽采效果的重要因素之一。提高封孔质量关键在于封孔方法的选择和适当增加封孔深度。封孔材料可以采用黄泥、水泥砂浆、聚氨酯等, 可以采用机械注浆封孔, 也可采用人工封孔, 同时为了保证封孔效果, 封孔长度应大于巷道卸压带宽度。本次试验选择聚氨酯加水泥砂浆封孔, 封孔长度大于12 m。

2.2 试验钻孔施工

根据试验条件并结合矿井实际生产接替情况, 试验地点选在本矿井新布置的15107底板抽采巷。在底板抽采巷的三个钻场 (10~12号钻场) 分别布置三组穿层钻孔, 三组穿层钻孔的孔底间距分别为7 m、6 m、5 m。按照《防治煤与瓦斯突出规定》, 三组钻孔的控制范围均为巷道两侧轮廓线外15 m。钻孔布置图见图1。

钻孔施工完毕后记录终孔时间, 封孔完毕, 立即接入管路进行条带预抽, 通过安装在抽采支管路上的孔板流量计, 对瓦斯抽采流量进行测定, 以便对该区域的瓦斯抽采量进行考察, 从而对抽采效果进行评价。

3 抽采量考察及数据分析

考察钻孔于2014年2月开始施工, 于2014年5月施工完毕。三组考察钻孔的阶段预抽量见表1。经过为期2~4个月的预抽, 对三组试验区域的残余瓦斯含量进行了测定, 三组试验区域残余瓦斯含量情况见图2。

3.1 预抽期间抽采流量变化规律的分析

合理预抽时间, 是合理安排生产计划, 正确预计钻孔预抽瓦斯有效程度, 经济有效地进行预抽的重要参数。只有掌握预抽期间钻场钻孔抽采流量的变化规律, 才能确定合理的抽采时间。

从区域单孔平均流量随时间变化来看, 其回归关系基本符合负指数衰减规律, 即关系式:tq=q0 e-αt

式中:t为抽采时间, d;

因此可知:1号钻场单孔平均初始流量为0.0329 m3/min, 衰减系数为0.0112 d-1, 其区域单孔回归关系式为

3.2 预抽期间各钻场抽采效果考察

试验区域经过2~4个月的底板穿层钻孔预抽, 是否消除了该区域的突出危险性需要经过检验。检验指标主要采用煤层残余瓦斯含量及在施工检验孔时所发生的喷孔、顶钻及其他突出明显突出预兆等。各钻场残余瓦斯含量随时间变化曲线如图2。

从表2可以看出, 试验区域经过3~4个月的底板穿层钻孔的预抽, 各试验钻场所控制范围内的残余瓦斯含量在掘进之前均低于8 m3/t。均达到《防治煤与瓦斯突出规定》第五十三条:“煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa或残余瓦斯含量小于8 m3/t的预抽区域为无突出危险区”的要求。

4 结语

穿层钻孔瓦斯抽采技术 第7篇

关键词：非突出区域,穿层钻孔,防治瓦斯技术

随着煤矿开采深度的增加, 瓦斯成为制约矿井正常生产接替的主要问题, 严重影响煤炭生产正常进行, 是威胁作业人员安全的头号因素、困扰煤矿安全生产最严重的问题[1-2]。为有效防止煤巷掘进期间出现瓦斯突出问题, 通过对3010工作面瓦斯地质构造以及周围岩层巷道进行分析, 提出了穿层钻孔预抽瓦斯掩护煤巷掘进技术, 有效地消除了煤巷掘进过程中的突出危险性, 提高了掘进速度, 保证了掘进期间安全问题。

一、工作面概况

3010工作面上下顺槽掘进的是二迭系山西组的二1煤层, 二1煤层为我矿的主要可采煤层, 该煤层厚度大且稳定, 稳定性为一类。3010工作面上、下顺槽设计沿二1煤层底板掘进, 上顺槽巷道水平标高为-497~-489m。上顺槽预计在掘进期间绝对瓦斯涌出量1.2m3/min。下顺槽巷道水平标高在-549.38~-525.16m, 3010工作面下顺槽预计在掘进期间绝对瓦斯涌出量1.1m3/min。

鹤壁三矿根据历年的瓦斯等级鉴定报告, 属高瓦斯矿井, 且随开采深度的增加, 瓦斯涌出量明显增大, 经过河南理工大学对三矿鹤壁三矿二1煤层进行突出危险性评价得出, 标高-550以上二1煤层为煤与瓦斯非突出煤层, 标高-550以下二1煤层为煤与瓦斯突出煤层, 其中3010工作面上、下顺槽煤层底板标高处于-497~-550之间, 属于突出煤层无突出危险区。虽然没有突出危险性, 但是在掘进期间绝对瓦斯涌出量较大, 容易造成瓦斯超限, 因此, 必须采取措施提前降低煤体内瓦斯。

二、穿层抽放钻孔掩护煤巷掘进防治瓦斯技术

1. 工作面施工钻孔及抽放情况

3010工作面上下顺槽通过施工本煤层钻孔对工作面煤层瓦斯进行抽放, 在顺槽帮施工耳巷钻场通过施工扇形抽放孔预抽掘进面前方煤体瓦斯, 采取措施后, 在煤巷掘进过程中瓦斯涌出量仍然较大, 回风量瓦斯浓度可达到预警值, 因此必须停止正常掘进。在掘面我们又采取施工抽放孔对其进行抽放, 但在掘面施工抽放钻孔, 由于突出危险性较大, 严重威胁着施工人员的生命安全, 同时, 在掘面进行长时间的瓦斯抽放也会严重影响煤巷的掘进进度。为了降低下顺槽及切割煤体内瓦斯含量, 不影响巷道的掘进, 需提前采取更为合理的瓦斯治理方法对其进行瓦斯抽放, 详见图1。

2. 穿层抽放钻孔掩护煤巷掘进防治瓦斯技术的应用

为避免3010工作面上下顺槽掘进期间及工作面回采过程中瓦斯超限问题的发生, 通过对3010工作面瓦斯地质因素以及周围岩层巷道进行分析, 提出了穿层钻孔预抽瓦斯掩护煤巷掘进技术, 即3010工作面下顺槽的下部是三水平北大巷, 通过在三水平北大巷巷道内施工岩石穿层抽放钻孔, 控制3010下顺槽部分巷道及切割煤体瓦斯, 提前对其进行瓦斯预抽。

经过研究决定, 在三水平北大巷穿层钻孔控制工作面共设计抽采钻场8个, 穿层钻孔共200个, 每个钻场25个钻孔, 排距5m, 排内孔距350mm, 每孔平均孔深82m, 钻孔工程量1.8万m。抽放钻孔穿透煤层进入顶板0.5m, 煤层平均厚度8m。所施工钻孔为三水平北大巷上帮, 所施工钻孔主要控制3010工作面切割及下顺槽巷道瓦斯。钻孔施工完毕后, 对钻孔进行水力冲孔[3], 同时采取“两堵一注”的带压封孔技术进行封孔带抽[3], 带抽后钻场总测浓度达到60%, 抽放效果较好。通过在三水平北大巷施工穿层钻孔进行预抽, 有效降低了3010工作面切割及下顺槽煤体的瓦斯, 3010工作面切割掘进时, 回风瓦斯浓度0.35%, 有效避免了掘进中瓦斯超限情况的发生, 详见图1。

结论

1.非突出区域穿层抽放钻孔掩护煤巷及切割掘进防治瓦斯技术能够消除煤巷掘进过程中的突出危险性, 为工人的生命安全提供保障;

2.非突出区域穿层抽放钻孔掩护煤巷及切割掘进防治瓦斯技术能够提前对掘进区域瓦斯进行预抽, 不影响煤巷正常掘进, 消除了工作面形成前生产与安全之间的矛盾, 保证了工作面的正常接替。

参考文献

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突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术 第8篇

由于突出煤层多是构造煤, 煤层结构复杂, 施工现场普遍存在抽采钻孔密封效果差、泄漏严重的技术难题, 钻孔瓦斯抽采半径较小, 从而导致钻孔工程量大, 瓦斯抽采难度大。突出煤层钻孔密封效果差, 钻孔瓦斯抽采流量小、衰减快, 严重制约着钻孔瓦斯抽采工作的顺利开展[1,2]。为了确保煤矿安全, 对突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术进行了研究, 提出了组合封孔器和与之相配套的带压封孔新技术, 并在平煤十三矿己15-17-13041工作面进行了应用试验。试验结果表明, 钻孔瓦斯抽采浓度明显提高。

1工作面概况

平煤十三矿位于平顶山市东北19 km, 井田东西走向长15 km, 南北倾斜宽2.3～5.0 km, 井田面积45 km2, 2005年鉴定为突出矿井。

己15-17-13041工作面位于矿井己三采区西翼第2区段, 工作面设计长1 850 m, 标高-630～-690 m, 采深719～779 m。工作面瓦斯压力1.6～2.4 MPa;瓦斯含量7～10 m3/t;相对瓦斯涌出量6～8 m3/t;透气性系数0.966 m3/ (MPa2·d) 。

2瓦斯抽采钻孔泄漏机理分析

理论分析表明, 瓦斯抽采钻孔密封段泄漏裂隙由钻孔周围裂隙圈、煤 (岩) 体裂隙、密封体本身裂隙3种裂隙组合而成 (图1) 。

一般而言, 提高钻孔封孔的成功率, 必须解决3个问题:①钻孔裂隙圈内的裂隙封堵问题;②钻孔壁与封孔材料的间隙封堵问题;③封孔材料凝固后自身产生的微裂隙问题。特别是对于较松软煤岩体的钻孔, 由于松软煤层裂隙发育、极易塌孔等不利因素的影响, 常用的封孔器、封孔管等器材难以下到指定的封孔段 (位置) , 封孔失败率极高。对于密封体本身的裂隙而言, 则需要研究专门的高强度、低膨胀封孔材料, 以减少裂隙[2]。

3瓦斯抽采钻孔封孔设计

常规的瓦斯抽采钻孔封孔技术包括采用有机材料或无机材料直接封堵、封孔器封堵等技术, 其基本特点都是靠材料自身凝固、膨胀变形封堵钻孔。由于钻孔周围裂隙圈存在大量裂隙, 传统的封孔器、水泥砂浆和有机药物封孔材料封孔, 密封体裂隙少, 但是材料自身膨胀压力有限, 难以进入钻孔周围裂隙圈中, 影响整体密封性能。

综合考虑常规封孔胶囊、水泥砂浆及有机药物的封孔效果, 针对松软突出煤层的特点, 研制组合式封孔器及与之相配套的带压封孔工艺, 可从根本上解决钻孔裂隙圈、封孔材料与孔壁接触缝隙及材料凝固后自身微裂隙的封堵难题, 以达到提高封孔成功率、降低成本的目的 (图2) 。

4带压封孔工艺

现场试验表明, 由于钻孔周围裂隙圈的存在, 在煤体裂隙较发育区域带压封孔时, 大量浆液在压力作用下进入煤体裂隙网络中, 其扩散范围可控性极差、用料多, 将大幅度增加封孔成本。使用组合式封孔器进行带压封孔的工艺核心是把封孔范围有效控制在钻孔抽采半径以内。

现场操作中, 封孔器要与其他有 (无) 机封孔材料配套使用, 在2个封孔封堵胶囊间形成密闭空间, 封闭注浆材料, 限制其扩散范围。①准备动力风源, 要求风压0.20～0.65 MPa;②把原料和气动泵运到施工现场;③吹净孔内钻屑, 把组合式封孔送入孔内指定位置;④连接抽采管和封孔埋管;⑤安装气动泵, 连接注浆管;⑥将吸浆管分别放入吸浆桶中, 开启气动泵, 把浆料按1∶1的比例通过出浆管、单向逆止阀、三通混合器送进注浆管内;⑦注浆压力达到0.3 MPa时, 1#和2#单向阀打开, 浆料进入胶囊1和胶囊2内, 使胶囊膨胀直至注浆压力上升到0.55 MPa, 用胶囊封严孔壁;⑧泵压升至0.55 MPa 时, 3#单向阀打开, 控制浆料流速 (不大于0.05 L/min) , 待注入钻孔密封段裂隙圈内的浆液缓慢流动达到初凝状态时 (4～5 min) , 以正常注浆压力、流量注浆至规定量, 停止注浆;⑨施工完毕后用机油清洗泵和管路, 并清理现场。

5应用效果分析

平煤十三矿己15-17-13041工作面两巷均采用预抽煤层瓦斯措施进行瓦斯治理, 瓦斯抽采钻孔沿煤层倾向布置, Ø89 mm, 孔深80 m, 孔间距2 m。抽采钻孔采用组合式封孔器带压封孔工艺进行封孔。

根据现场实际情况, 在相同区域分别采用组合式带压封孔技术与传统封孔工工艺封孔, 2种封孔方式交叉布置。封孔后连续进行抽采参数测定, 综合分析瓦斯抽采浓度等相关参数的变化情况 (图3) , 并对封孔效果进行分析。

实测数据对比分析显示, 采用新的封孔工艺进行封孔后, 钻孔瓦斯抽采浓度明显提高。钻孔瓦斯抽采平均浓度值在37.0%～78.2%, 提高28%～88%。由于钻孔密封性能的提高, 进一步改善了瓦斯抽采效果, 为工作面瓦斯治理工作奠定了良好基础。

6结论

现场应用表明:使用组合封孔器带压封孔技术, 可有效改善钻孔密封性能、减少泄漏, 提高钻孔瓦斯抽采效果。

(1) 由于突出煤层松软, 钻孔周围裂隙圈与煤体内破碎区域裂隙相互沟通, 带压封孔时, 将导致大量浆液进入裂隙网络中。合理控制注浆料的初凝时间是有效控制浆液扩散范围的基础, 是实现封孔范围可控、封孔成本可控的前提。

(2) 使用组合封孔器带压封孔施工工艺核心是合理控制注浆压力及流量, 把浆液扩散范围控制在钻孔抽采瓦斯半径以内, 这样, 不仅能有效提高钻孔密封性能, 而且也能有效控制封孔成本。

(3) 对于大多数突出矿井而言, 预抽煤层瓦斯是防突工作的必要手段之一。采取先进合理的瓦斯抽采钻孔封孔技术, 是提高钻孔密封性能、改善抽采效果的基本要求。

组合式带压封孔新技术的研究与实践, 对进一步改善突出煤层瓦斯抽采钻孔密封性能进行了有益探索, 具有相应的借鉴意义。

参考文献

[1]袁亮.煤矿总工程师技术手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2010.

高位钻孔抽采采空区瓦斯技术及应用 第9篇

1 矿井概况

金能煤业分公司 (以下简称为“金能公司”) 位于宁夏回族自治区东北端的石嘴山市惠农区境内, 矿井瓦斯等级为煤与瓦斯突出, 矿井设计生产能力为240万t/a。矿区走向长11.5km, 倾向宽3.5km。面积56.824km2, 地面标高1106m。可采和局部可采的一共有9层, 山西组一、二、三层煤称为上组煤, 太原组四~九层煤称为下组煤层, 煤层总厚度平均30.78m, 其中2#、3#煤层为井田的主采厚煤层。2#煤层:位于山西组上部, 全区可采, 上距一煤0.2~10.49m, 平均4.26m, 煤层厚度0.92~10.17m, 平均4.45m, 结构较复杂, 含夹矸1~7层, 一般有3层;3#煤层:为井田主要可采煤层, 全区分布, 上距2#煤1.65~35.26m, 平均17.88m, 煤层可采厚度2.49~11.25m, 平均7.02m, 结构复杂, 一般含夹矸4层左右。

2 3132工作面

金能公司3132工作面位于31区第Ⅰ亚阶段北翼 (矿井划分为三个水平, 第一水平为+1106m~+970m, 第二水平为+970m~+725m, 第三水平为+725m~+600m) , 南起31区采区隔离煤柱, 北到23区725北2#运机石门以南10m, 回风水平+725m, 上段2128工作面2328工作面已回采结束。运顺水平为+660m, 南起31区采区停采线, 北到31区+660水平8#石门以北180m。3122工作面运顺与回顺基本平行、等长布置, 回顺由于受上区段2128、2328运顺的限制, 及煤层起伏大, 存在南高北低。回顺长度1 400米, 运顺长度1 539米, 设计采高为2.5米, 停采线距31区660中1#运输机石门92米。3132工作面开采时瓦斯涌出量最大为53.9m3/min, 瓦斯涌出量主要来源是采空区瓦斯, 导致工作面上隅角和回风巷风流瓦斯浓度超限, 因此有必要研究切实可行的瓦斯抽采技术以降低工作面的瓦斯, 保证回采工作面的生产安全。

3 3132工作面瓦斯抽采技术

3.1 高位钻孔抽采采空区瓦斯原理

根据矿压理论及采动工作面顶板覆岩移动规律, 工作面采动推进过程中, 顶板覆岩受到采动影响破坏, 使得工作面顶底板附近形成一个采动压力场。在所形成的的压力场内, 竖直方向上从下往上依次形成垮落带、裂隙带和弯曲带, 在水平方向上形成三个区, 分别为煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区[3], 如图1所示。

1—煤壁支撑影响区 (a—b) ;2—离层区 (b—c) ;3—重新压实区 (c—d) Ⅰ—垮落带;Ⅱ—断裂带;Ⅲ—弯曲带;α—支撑影响角

工作面回采后, 顶板覆岩开始产生移动破坏, 其中裂隙带裂隙发育程度较高, 岩体变形较大, 岩层沿层理开裂形成离层, 在拉应力作用下产生垂直岩层的裂隙。离层裂隙的形成会对煤体内瓦斯流动产生一定的影响, 离层裂隙既是瓦斯积聚的空间, 也是瓦斯流动的通道[4,5,6]。根据采动压力场“三带”划分原理, 在工作面回风巷顶板位置布置高位钻孔, 利用工作面回采采动压力形成的离层裂隙作为通道来抽采采动卸压后瓦斯。在抽采负压作用下, 瓦斯沿着裂隙流到抽采钻孔内, 通过抽采管路被直接抽到地面或排到总回风巷中。

3.2 高位钻孔抽采技术

3132综采工作面瓦斯涌出主要来源是采空区瓦斯及邻近煤层卸压瓦斯, 除了实施穿层钻孔对上邻近煤层进行瓦斯预抽外, 应该主要对采空区及顶板覆岩内瓦斯进行抽采。结合3132工作面为低透气性煤层及工作面瓦斯涌出主要是采空区瓦斯涌出的特点, 本文拟设计在3132综采工作面采用“上下一体化”式抽采系统, 即高位钻孔和上隅角埋管同时抽采采空区瓦斯。其中该方式以高位钻孔抽采为主, 上隅角埋管抽采为辅。为了确保3132工作面高位钻孔抽采瓦斯浓度及抽采率, 应合理设计和选取高位抽采钻孔的基本参数, 下面将对高位抽采钻孔影响较大的参数进行确定。

3.2.1 上覆离层裂隙带高度的确定

由以上分析可知, 离层裂隙是瓦斯积聚与运移的场所, 且主要集中在裂隙带范围内。因此, 高位钻孔终孔点应布置在采空区顶板裂隙带内, 裂隙带高度可按如下公式计算[4]。

3132工作面主采3#煤层, 其中3#煤层平均厚度为2.8m, 3132工作面沿3#煤层底板开采, 累计采高按2.8m计算。代入上式计算出有效裂隙带高度Hmax=38m, Hmin=28m, 故将高位钻孔终孔点布置在煤层底板向上28m~38m范围内。

3.2.2 钻孔间距及孔径的确定

钻孔间距的合理与否取决于所设计钻孔的有效抽采半径, 若钻孔间距较大, 超出有效影响范围, 抽采效果差;若钻孔间距太小, 相应地会增大工作量和生产成本。这里可以通过本煤层其他区域顺层钻孔的有效抽采半径进行相似模拟, 并结合3132工作面钻孔抽采半径考察资料, 高位钻孔开孔点位置间距设定为0.7m, 终孔位置间距取8m为宜。

3.2.3 抽采负压大小的确定

高位钻孔一般为平行钻孔, 且钻孔穿过岩层裂隙带, 因此抽采负压设定值不宜过大, 负压过大反而不利于抽采。瓦斯抽采过程时, 应选取合理的抽采负压范围, 抽采负压必须在一定范围内, 依据3132工作面煤层瓦斯赋存情况, 高位钻孔抽采负压取20~30k Pa。

3.2.4 抽采时间大小

瓦斯抽采量与抽采时间呈负指数关系, 瓦斯抽采量并不是随时间而无限增加的, 而是趋于一个极限值, 当达到极限值后再增加抽采时间已没有实际意义。高位钻孔现场抽采时间一般从顶板垮落后裂隙带到钻孔终孔位置开始抽, 到回采工作面距钻场10m左右停止抽采, 抽采时间主要由钻孔长度和工作面推进度来决定。

3.3 高位钻孔抽采系统布置

3132工作面为“U”型通风方式, 进风流为上行风流, 按照高位钻场及钻孔设计要求, 高位钻孔应布置在工作面回风巷顶板位置内。

高位钻孔设计方案如下:1#钻场与切眼位置间距100m, 其余钻场位置间距设定为60m, 如图2 (a) 所示。高位钻场设计为宽×高×深=3.0m×2.3m×7m, 其中前4m以30°的角度向上倾斜上坡, 后3m水平伸展, 即为平台段, 在平台段施工6个孔径为Φ108mm的高位钻孔, 分2排布置, 如图2 (b) 所示。高位钻孔的开孔间距为0.5m, 终孔间距为8m。高位钻场的支护方式为锚索网支护, 通风方式为风袖导风。

其他钻场同1#钻场钻孔布置, 钻孔设计施工参数见表1。

3.4 埋管抽采系统布置

上隅角埋管抽采可大量抽采采空区瓦斯, 降低工作面回风流的瓦斯浓度, 特别是大幅度降低上隅角的瓦斯浓度, 保证工作面安全回采[7,8,9]。3132工作面可布置埋管抽采系统辅助高位钻孔抽采系统, 其工艺设计如下:在3132风巷内铺设一路Φ400mm的瓦斯抽采管, 管路埋入采空区的最前端为吸气口。根据瓦斯密度比空气小, 具有上浮的特点, 在埋管最前端安装高1.5m的立管代替原吸气口抽采瓦斯。为防止吸气口被垮落的岩石堵塞, 在立管处架设保护木垛。随着工作面不断向前推进, 瓦斯抽采管不断被埋入采空区, 当所埋管路进入采空区40~50m后, 在上隅角处铺设另一路瓦斯抽采管。当新铺设的管路进入采空区约10m后, 抽采主管路与原埋管断开, 与新埋入的管路相连以继续抽采瓦斯。通过如此不断循环保证吸气口始终处在最佳抽采范围。如图3所示。

4 3132工作面采空区瓦斯抽采效果分析:

本次试验采用高位钻孔抽采为主, 上隅角埋管抽采为辅的抽采形式。在进行一个月时间的预抽采后, 对3132工作面瓦斯抽采数据进行追踪观测, 分别记录了各抽采钻孔瓦斯浓度, 钻孔抽采瓦斯纯量, 瓦斯抽采率, 埋管抽采瓦斯纯量及风排瓦斯纯量。

根据所观测数据记录, 高位钻孔抽采采空区瓦斯期间, 各钻孔瓦斯浓度均达到25%以上, 最低为26.8%, 最高为43.1%, 平均抽采瓦斯浓度为35.0%。其中2#钻场1#钻孔瓦斯浓度变化曲线如同4所示, 其他与之趋势相同。测得抽采瓦斯量:经实测单孔混合流量平均为4.3m3/min, 支管路混合流量为29m3/min, 支管路瓦斯浓度为15%。高位钻孔抽采瓦斯纯流量最大为11.88m3/min, 最小为5.58m3/min, 平均瓦斯纯流量为8.35m3/min, 其中2#钻场1#钻孔瓦斯抽采纯流量变化曲线如图5所示。测得钻孔瓦斯抽采率:实测3132工作面风排瓦斯纯量平均为10.5m3/min, 埋管抽采瓦斯纯量平均6.34m3/min, 经计算3132工作面高位钻孔平均瓦斯抽采率为34.6%。

根据数据观测记录, 由图4、图5可知, 本次试验中高位钻孔抽采瓦斯浓度较高, 抽采瓦斯纯量大, 瓦斯抽采率大。试验表明:高位钻孔抽采系统的运行极大地降低了3132工作面瓦斯涌出量, 游离瓦斯大幅度得到有效抽采, 并测得回风巷风流瓦斯浓度最大值仅为0.36%, 有效解决了工作面瓦斯超限, 尤其是上隅角瓦斯超限问题。同时高位钻孔抽采可减少风排瓦斯量, 达到减轻矿井通风负担的目的, 为综采工作面安全生产创造了有利条件, 安全效益、经济效益明显。

5 试验结论

(1) 根据金能公司3132综采工作面抽采效果观测数据, 采用高位钻孔抽采采空区瓦斯技术上是可行的, 并辅以上隅角埋管抽采系统进行抽采, 可以很好地降低采空区和工作面瓦斯浓度及瓦斯涌出量, 从而为矿井的安全生产提供有力保障。

(2) 从高位钻孔抽采现场实测数据来看, 高位钻孔抽采瓦斯效果较好, 具有抽采浓度高, 瓦斯抽采量大, 瓦斯抽采率稳定等特点。3132工作面最大抽采浓度可达43.1%, 平均浓度达到35.0%。瓦斯抽采纯量最大值为11.88m3/min, 平均抽采纯量为8.35m3/min, 高位钻孔平均瓦斯抽采率达34.6%。从本次试验意义上来说, 高位钻孔抽采能有效提高瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采量, 这对煤矿安全生产及提高经济效益都具有重要意义, 钻孔抽采参数可以在矿区相近煤层赋存条件下推广应用。

摘要：金能煤业分公司属于煤与瓦斯突出矿井, 3132综采工作面瓦斯涌出量大, 且瓦斯来源主要是采空区及邻近煤层卸压瓦斯。本文以金能公司3132综采工作面为例, 阐述了金能公司高位钻孔采空区瓦斯抽采技术原理、钻场布置工艺、钻孔抽采参数优化选取及现场试验过程, 分析了采空区瓦斯抽采参数随时间变化规律及高位钻孔现场应用效果。现场试验表明, 高位抽采钻孔抽采采空区瓦斯效果较为明显, 瓦斯抽采浓度最大为43.1%, 平均为35.0%, 瓦斯抽采纯量平均为8.35m3/min, 瓦斯抽采率平均达到34.6%, 工作面回采期间回风流瓦斯浓度降到0.36%, 使综采工作面回风巷瓦斯浓度及上隅角瓦斯浓度超限问题得到了有效解决。

关键词：瓦斯抽采,采空区,高位钻孔,抽采参数,埋管抽采,效果分析

参考文献

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