煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术试验研究.pdf
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1、第 卷第 期能源与环保 年 月 收稿日期:;责任编辑:陈鑫源 :基金项目:“十三五”国家科技重大专项();天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目()作者简介:张迪(),男,辽宁锦州人,工程师,现从事煤矿“一通三防”工作。引用格式:张迪,姚壮壮,王君东,等 煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术试验研究 能源与环保,():,():煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术试验研究张迪,姚壮壮,王君东,乔金林,王建伟(国家能源集团 神东煤炭集团保德煤矿,山西 保德 ;煤炭科学研究总院,北京 ;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 ;北京力治安全生产技术服务有限责任公司,北京 ;国家能源集团 神东煤炭集团技术研究院,陕西
2、 神木 )摘要:为了研究煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术的适应性以及瓦斯抽采效果,在保德煤矿 工作面开展了上下行钻孔瓦斯抽采技术现场试验。试验结果表明,在同等瓦斯治理效果条件下,上行钻孔抽采的平均瓦斯浓度、瓦斯抽采纯量、百米钻孔抽采量要比下行钻孔高;在相同抽采条件区域范围内,上行钻孔抽采瓦斯浓度比下行钻孔高 倍,上行钻孔抽采平均纯瓦斯流量比下行钻孔高 倍;在同等抽采、地质条件煤层区域范围内,上行钻孔比下行钻孔具有更好的抽采稳定性和抽采效果。试验研究结果将对煤矿瓦斯治理方案中优选上下行钻孔瓦斯抽采技术提供一定参考。关键词:上下行钻孔;瓦斯抽采技术;瓦斯抽采效果;瓦斯治理中图分类号:文献标志码:文章编号
3、:(),(,;,;,;,;,):,:;近年来,我国在煤矿安全生产治理上取得了突破性的进展,但煤矿安全事故时有发生。在所有的煤矿事故中,瓦斯事故所占比例最大,占所有事故的 以上,所以瓦斯灾害防治是煤矿安全生产工作的重中之重 。瓦斯抽采是防治瓦斯事故的主要技术手段,通过瓦斯抽采可降低煤层中瓦斯含量及瓦斯压力 。高瓦斯矿井本煤层瓦斯抽采常规钻孔布置方式不同,瓦斯抽采效果也不同。乔伟等 分析了影响瓦斯抽采效果的主控因素,证实了长钻孔瓦斯抽采工艺技术在本煤层瓦斯抽采中的优势;年第 期能源与环保第 卷李慧祥 对本煤层顺层钻孔布置间距、抽采时间等进行考察,对瓦斯抽采效果进行了分析;刘佳佳等 建立了考虑 效应
4、、有效应力和解吸收缩影响的流固耦合模型,运用该模型对本煤层顺层钻孔抽采参数进行优化;许江等 开展了不同顺层钻孔布置间距条件下的瓦斯抽采物理模拟试验,对瓦斯抽采过程中煤层瓦斯压力及抽采流量的演化规律进行了探讨。一些专家学者为了保证抽采效果,对抽采排渣、排水封孔工艺等开展了相关研究 ,然而对本煤层常规上下行钻孔瓦斯抽采技术的适应性以及抽采效果研究很少。为此,笔者将在保德煤矿 工作面开展上下行钻孔瓦斯抽采技术现场试验,综合采用现场试验、观测数据对比的手段,对煤矿上下行 种类型钻孔瓦斯抽采技术的适应性以及抽采效果开展研究,为煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术的推广应用提供一定指导。试验矿井及工作面概况保德煤矿
5、属于国家能源集团下属的神东煤炭集团,位于山西省保德县境内。矿井主采 号煤层,矿井绝对瓦斯涌出量为 ,相对瓦斯涌出量为 ,回采工作面最大绝对瓦斯涌出量为 ,掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为 ,为高瓦斯矿井。号煤层的煤尘具有爆炸危险性。自燃倾向性等级为类,属自燃煤层。工作面东邻 工作面,西为未开发实体煤,北为三盘区集中辅运副巷,南为三盘区边界。工作面设计可采长度为 ,倾向长度为 ,煤炭储量 万 。该工作面煤层底板等高线为 ,煤层总体近南北走向,为一宽缓向西倾斜的单斜构造,最大相对高差 ,倾角为 ,平均 。工作面沿煤层走向回采,煤层厚度呈中间厚、两边薄的趋势,巷道开口端煤层厚度 ,中部最厚为 ,掘进巷
6、道南部煤层厚度为 ,煤层结构较为复杂,夹矸 层,单层夹矸最大厚度为 。号煤层瓦斯含量与埋深遵循线性回归关系 ,结合实验室实测数据资料,预测 工作面原始瓦斯含量为 ,瓦斯储量为 万。为了防止瓦斯灾害的发生,保证矿井安全生产,目前 采煤工作面正在开展 号煤层超前治理瓦斯工作。借此机会,在保德煤矿 工作面开展了上下行钻孔瓦斯抽采技术现场试验,研究上下行钻孔瓦斯抽采技术的适应性以及抽采效果。煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术试验 上下行钻孔瓦斯抽采技术试验设备 工作面上下行钻孔施工使用 型煤矿用履带式全液压坑道钻机,此钻机属于自行式、低转速、大转矩类型,适于采用复合片钻头施工深度约 的大直径钻孔,也可采用孔底
7、动力机钻进,主要用于煤矿井下施工近水平长距离瓦斯抽放钻孔。钻机结构如图 所示,钻孔施工流程如图所示。图 钻机结构示意 图 钻孔施工流程 上下行钻孔瓦斯抽采技术试验工艺参数设计 上下行钻孔布置工艺参数采煤工作面向前推进后,采空区四周原有的应力平衡状态受到破坏,引起围岩应力的转移及重新 年第 期张迪,等:煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术试验研究第 卷分布,进而在新的应力作用下引起由下向上不同岩层的变形、移动及破坏。根据钱鸣高院士提出的“岩层控制的关键层理论”,在沿工作面推进方向上覆岩层可划分为煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区,即“横三区”;在垂直方向上划分为“三带”:垮落带、顶板裂隙带和地表弯曲下沉带
8、,如图 所示。图 “三带”示意 采动裂隙主要分为 类:横向离层裂隙,即岩层下沉后在层与层间出现的沿层裂隙,它作为瓦斯涌出通道,使煤层产生膨胀变形而使瓦斯卸压;竖向破断裂隙,是随岩层下沉破断形成的穿层裂隙,它形成了上下岩层间瓦斯及水的通道 。在采动影响下,类裂隙均大量发育,使本煤层及相邻煤层的透气性大幅提高,煤岩层产生卸压增透的效果。目前研 究 表 明,在 采 动 裂 隙 带 瓦 斯 抽 采 效 果 明显 ,所以煤矿上下行钻孔终孔位置尽量布置在煤层采动裂隙带区域附近。钻机区域性钻孔布置设计前,先查看钻孔施工区域地质资料。钻孔施工区域尽量布置在无断层、陷落柱、冲刷带等,且煤层倾角变化小(上山煤层倾
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