穿层钻孔终孔层位对瓦斯抽采浓度的影响分析.pdf
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1、2023 年 10 月Oct.,2023doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2023.05.017穿层钻孔终孔层位对瓦斯抽采浓度的影响分析(义煤集团新安县郁山煤业有限公司,河南 洛阳 471800)摘要 为提高突出煤层工作面瓦斯抽采效果,对穿层钻孔终孔层位进行了优化设计,延长了过煤穿岩长度,增加了瓦斯抽采的气室空间,并辅助水力冲孔进行了煤岩层的增透卸压,提高了透气性与流动性,提升了瓦斯抽采浓度,延长了瓦斯衰减周期,缩短了预抽期,确保了采煤工作面的顺利接替。关键词 穿层钻孔;水力冲孔;终孔位置;瓦斯抽采中图分类号 TD712文献标识码 B文章编号1672蛳9943(2023
2、)05蛳0053蛳030引言高瓦斯突出矿井在开展瓦斯治理时,通常采取在底板抽放巷施工穿层钻孔的方法预抽区域瓦斯。但受限于不同煤层的软硬程度、顶底板岩性、瓦斯流动性和抽采半径等因素的影响,穿层钻孔过煤穿岩后的气室空间也决定了瓦斯抽采效果。因此,为了提高钻孔瓦斯抽采浓度、缩短预抽期,通过水力冲孔和抽采对比试验,对钻孔终孔层位选择调整进行了优化设计。1煤层瓦斯地质条件新义矿业井田范围内主要赋存二1煤层和二2煤层 2 层煤,属典型新安“三软煤层”。其中二2煤层厚度 0.30.6 m,赋存不稳定,不具备可采价值,矿井主采二1煤层。对井田范围内的 11 个二1煤层见煤孔进行取样分析,测得原始煤层瓦斯含量为
3、 2.2112.80 m3/t,平均含量为 5.39 m3/t。结合见煤勘探钻孔的分布规律来看,从煤层厚度、取样深度和相邻钻孔的瓦斯含量等关系分析,均没有特定的内在联系,说明瓦斯赋存具有较大差异性,且分布不均咱1暂。二1煤层的原始瓦斯压力为 0.301.41 MPa。二1煤层具有突出危险性。该煤层作为单一开采煤层,不具备保护层开采条件,考虑到具有煤与瓦斯突出危险性,为能够充分抽采煤层瓦斯,设计施工底板抽放巷,通过自下而上的穿层钻孔实现煤层消突。2瓦斯抽采试验工作面选取根据现有采掘作业地点以及瓦斯抽采试验条件要求,选定 11090 工作面轨道底板抽放巷开展试验研究。11090 工作面为矿井 11
4、071 工作面的接替工作面。工作面共设计 7 条巷道,分别为轨道顺槽(设计长度 1 050.9 m)、胶带顺槽(设计长度 1 106.5 m)、切眼(设计长度 191 m)、切眼底抽巷(设计长度191 m)、轨道底抽巷(设计长度 1 064.8 m)、胶带底抽巷(设计长度 1 118.5 m)、中间底抽巷(设计长度1 100.4 m)等。为减少因钻孔施工不到位增加工作面中部瓦斯抽采空白带的范围,特别设计施工中间底抽巷用以补强抽采面积,且选定底抽巷掘进层位为距离二1煤层底板 810 m 的泥岩层。这既可以确保巷道的掘进速度,也可以控制好层位,有利于钻孔施工和封孔质量,减少穿层钻孔过岩石段的工程浪
5、费。11090 工作面作为备采面,其北部为相邻矿井新安煤矿的南部井田边界,南部紧邻矿井东翼回风大巷保护煤柱,西部为 11080 工作面,东部为矿井未采区实体煤。工作面标高为-186.6-298.53 m,对应地表埋深为 390413 m。工作面为条带式布置,倾向长度为 1 030 m,估算可采储量为 1.38 Mt。采面内二1煤层煤厚 1.612 m,平均煤厚 4.8 m,煤层赋存极不稳定,煤层倾角 5毅,且局部含有 12 层炭质泥岩夹矸,坚固性系数f=0.220.65,瓦斯放散初速度q=15.128.3 mL/s,煤体松软,呈粉末状,工作面区域实测原始瓦斯含量为 9.69 m3/t,瓦斯压力
6、1.13 MPa。3瓦斯抽采试验方案3.1穿层钻孔施工参数确定瓦斯抽采试验选在 11090 轨道底抽巷 22#和23#钻场内。为了对比原有施工参数和优化后设计参数对于瓦斯抽采浓度的影响,拟定在 22#钻场使用优化设计方案施工,共设计穿层钻孔 72 个,称为能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 5 期Vol.48 No.5532023 年 10 月Oct.,2023试验组钻孔。钻场之间距离为 60 m。根据单孔瓦斯抽采半径 2.53 m,确定钻孔施工间排距为 6 m,终孔层位控制在过煤顶板见岩 25 m。由于煤层呈“
7、鸡窝状”赋存,厚度分布不均,根据实际施工期间的见煤厚度要求所有穿层钻孔做好详细单孔记录,明确标注开孔方位、倾角、开孔距顶高度、见煤位置、穿煤长度、瓦斯情况等,避免遇见夹矸未穿全煤段造成误判。在 23#钻场采用原设计方案,钻孔参数与22#钻场相同,共计 8 个钻孔,称为对照组,但终孔层位控制在过煤后穿岩 0.5 m 处停钻。考虑到“三软”煤层的结构特性咱圆原源暂,尤其是煤层自身的松软程度,很容易造成成孔退钻后出现塌孔等现象,导致抽采效果不理想,而且煤体自身赋存瓦斯的流动性较差,通道相对闭合。因此,采用高压水力冲孔的方法提高煤体的透气性,便于瓦斯封孔抽采。要求过煤段冲孔每米的冲出煤量不得少于1 t
8、,且单孔冲煤量不得少于 5 t。完成冲孔任务后,确认孔内没有塌孔堵塞,及时连管封孔实施抽采,并安排专职瓦检员和抽放班人员每天观测记录单孔流量、瓦斯浓度、观测时间等参数,以便分析浓度提升和衰减规律。穿层钻孔设计如图 1 所示。图 1穿层钻孔设计剖面3.2穿层钻孔施工要求虽然在 11090 轨道底抽巷钻场内设置试验组和对照组钻孔,但整体施工区域的煤体均为经过瓦斯抽采治理,打钻过程中可能存在喷孔、塌孔和瓦斯超限等风险。为了提高施工成孔质量,避免因打钻、冲孔而发生瓦斯事故,需注意以下几点:根据每个钻孔的实际见煤厚度以及钻进期间的钻机给进压力等判断煤层的坚硬程度,选择合适的冲水压力和高压喷头,避免薄煤层
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