松软低透煤层钻孔抽采瓦斯关键指标研究.pdf
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1、技术与市场2023年第3 0 卷第8 期技术应用松软低透煤层钻孔抽采瓦斯关键指标研究王少东中煤资源发展集团有限公司,河南郑州450 0 0 0摘要为了研究钻孔孔径大小和瓦斯抽采负压高低2 个指标对“三软”低透煤层瓦斯抽采的影响,通过在现场施工进行不同孔径钻孔,并采取不同负压进行瓦斯抽采试验,结果表明:孔径大小与抽采周期长度关系不明显,但与抽采瓦斯总量呈先上升、后下降的关系,其中9 4mm孔径的钻孔瓦斯抽采总量最高。钻孔抽采负压越低,抽采周期越长;抽采负压越高,抽采周期越短。钻孔抽采负压并不是越高越好,合理的抽采负压在50 kPa左右。关键词同瓦斯抽采;钻孔孔径;抽采负压;松软煤层;抽采周期do
2、i;10.3969/j.issn.1006-8554.2023.08.0220引言郑州矿区各矿井开采二,煤层,为典型的“三软”低透煤层,瓦斯治理难度大 1-2 。目前各矿井主要采用钻孔预抽煤层瓦斯技术措施,由于煤层透气性差及瓦斯地质条件复杂,钻孔抽采效果一直欠佳 3 。各矿井为了提高钻孔瓦斯抽采效果,不断尝试大孔径、高负压抽采方式,但实践表明,“三软”煤层中大孔径、高负压瓦斯抽采并不能取得较好效果,主要表现为:孔径越大,施工难度越大,且钻孔塌孔严重;负压越高,封孔难度越高,瓦斯抽采流量越低。所以,有必要研究“三软”煤层中合适的瓦斯抽采钻孔孔径和负压,增强瓦斯治理措施的针对性和适应性。1孔径对抽
3、采效果的影响试验研究1.1钻孔设计选择在某矿2 112 1工作面皮带巷施工了不同孔径的钻孔,钻孔参数如表1所示。表1记试验区域预抽钻孔参数钻孔间距/m孔径/mm3753893943113孔深/m60606060封孔工艺两堵一注两堵一注两堵一注两堵一注下管深度/m60606060有效抽采长度/m40404040试验地点概况:2 112 1皮带巷皮2 点至皮7 点之间,共计2 10 m回采区段长度。该地点煤层原始瓦斯含量7.2 0 10.59 m/t,平均含量8.57 m/t,煤层厚度4.5 6.1m,平均厚度5.3 m,煤层倾角816,平均倾角11,煤体结构松软坚固性系数(f)小于0.5。1.2
4、瓦斯抽采效果对比分析考察钻孔孔径分别为113、9 4、8 9 和7 5mm,钻孔个数分别为13、12、11和15个,抽采负压为50 kPa左右。每个考察对象钻孔均安装单孔流量计,每隔12d人工测量一次瓦斯抽采参数,经过50 d的抽采单孔瓦斯浓度由最高9 4%降到3%以下。分别对不同孔径的钻孔瓦斯抽采量和抽采浓度进行加权平均计算,并与抽采时间进行拟合,得到如图1所示的关系特征。1)不同孔径下钻孔日抽采瓦斯量均与抽采时间存在负指数关系,且满足以下公式。Y13 m=108.25 0.10%,=0.82(1)93技术应用Y94 mm=118.59e-0.112 5x,Ys9 mm=73.402e-0.
5、103 5x,TECHNOLOGYANDMARKETVol.30,No.8,2023,R=0.81(2),R=0.81(3)(4)经过对式(1)(4)积分,计算出4种孔径下抽采50d内的瓦斯总量分别为10 58.2 6、1440.0 5、9 9 5.15、882.27 m。式中:y为日抽采瓦斯量,m;x为抽采时间,d;R为线性回归系数。2)经过对比4种不同孔径下的抽采瓦斯浓度及瓦斯流量发现,钻孔孔径为9 4mm时瓦斯抽采量最大。一瓦斯浓度一抽采负压一一日抽采瓦斯量8040060402000(a)113 mm钻孔抽采瓦斯参数衰减曲线(平均单孔)一瓦斯浓度一抽采负压一一日抽采瓦斯量80300/日B
6、/60402000(c)8 9 mm钻孔抽采瓦斯参数衰减曲线(平均单孔)瓦斯浓度一抽采负压一一日抽采瓦斯量80400/日6030020040200001020抽采时间/d1020抽采时间/d2001000102030403040图1钅钻孔瓦斯抽采参数衰减曲线图3050抽采时间/d(b)9 4mm钻孔抽采瓦斯参数衰减曲线(平均单孔)一瓦斯浓度一盒抽采负压一需一日抽采瓦斯量60300200401002000500(d)7 5m m 钻孔抽采瓦斯参数衰减曲线(平均单孔)401020抽采时间/d50200100O3040502抽采负压与钻孔瓦斯流动关系研究研究表明,提高钻孔抽采瓦斯的负压有利于钻孔瓦斯
7、抽采量的增加 4,但钻孔抽采负压的高低与抽采量高低的线性关系并非正相关 5-6 ,如何找到合理的抽采负压区间非常重要2.1试验地点选取本次试验对比选用2 台不同抽采能力瓦斯泵作为负压源,利用不同时段、地点但瓦斯含量、封孔工艺、钻孔性质相同的钻孔进行对比分析。采用3 种负压对比,分别为6 0 7 0 kPa,4555kPa,2535kPa。选择某矿井2 个采区,2 1采区选择在2 112 1轨道巷和2 112 1皮带巷顺层钻孔,利用2 1瓦斯泵站抽采。31采区选择在3 10 41上付巷外段顺钻孔,利用3 1采区1#泵抽采。其中,2 1瓦斯泵站配备2 台(1台备用)2 BEK-500型水环式抽采泵
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