平煤八矿瓦斯抽采钻孔一注式封孔参数研究

平煤八矿瓦斯抽采钻孔一注式封孔参数研究
范付恒
【摘要】针对瓦斯抽采钻孔封孔质量差，抽采浓度低的问题，提出在平煤八矿试验一注式封孔装置及工艺；通过考察封孔参数和钻孔孔口瓦斯浓度之间的关系，确定了穿层钻孔抽采瓦斯变化特征，煤层顺层钻孔最佳封孔参数；研究结果对采用类似封孔装置及工艺的矿井，确定最佳封孔参数提供了参考。

%On the condition of poor quality borehole sealing and low gas concentration at drainage borehole ,one-injection-type seal device and method is used in Pingdingshan NO .8 Coal Mine .By inves‐tigating the relationship between sealing parameters and gas concentration at porthole ,the characteristics of drainage gas concentration at cross rock borehole varies with time is identified .And the optimum seal‐ing parameters of drainage borehole along coal seam is deduced .This is a good example for using such borehole sealing device and method .
【期刊名称】《淮南职业技术学院学报》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】4页(P5-8)
【关键词】一注式封孔;封孔参数;瓦斯抽采
【作者】范付恒
【作者单位】平顶山天安煤业股份有限公司勘探工程处，河南平顶山 467000
【正文语种】中文
【中图分类】TD712+.62
平煤八矿是平煤集团下属煤与瓦斯突出矿井,瓦斯抽采一直是矿井安全生产面临的
主要难题之一,采用聚氨酯封孔存在封孔质量差,抽采瓦斯浓度不高;采用聚氨酯+水
泥浆一堵一注及两堵一注封孔存在封孔工艺复杂,封孔材料运输困难等问题。

为此
以轻便的专用封孔材料代替水泥、采用一注式封孔装置代替聚氨酯,试验了一注式
封孔装置及工艺,收到了较好的效果。

研究在八矿己15-14140切眼底抽巷穿层钻孔,及己15-14140机巷顺层钻孔中进行。

己15-14140工作面位于突出危险区域,标高-590～-665 m,煤层倾角17°～28°,平均22°,呈西缓东陡之趋势。

工作面瓦斯压力1.8 MPa,瓦斯含量22 m3/t,煤
厚3.4～3.85 m,平均3.6 m,在构造区域有变薄情况,工作面布置示意如图1所示。

2.1 穿层钻孔布置
己15-14140底抽巷距离己15煤层平均18 m左右,采用穿层钻孔抽采己15煤层瓦斯,为掩护工作面切眼掘进,机巷底抽巷继续掘进形成切眼底抽巷,如图1所示。

为了方便钻机施工,切眼底抽巷穿层钻孔按上山方向仰角56°施工,孔径Φ94 mm,每4 m一组,每组11个钻孔,每组钻孔呈一列扇形布置,孔间距4 m,钻孔布置如图2所示。

2.2 顺层钻孔布置
工作面顺层钻孔布置在工作面机巷,开孔点距离煤层底板约1.3 m,钻孔垂直巷帮煤
壁沿煤层倾角上向打钻,钻孔间距3 m,孔深100 m,孔径Φ113 mm。

为了避开巷道裂隙对封孔质量的影响,同时考虑减少钻孔封孔材料的使用,穿层钻孔
封孔深度距孔口4～10 m,封孔长度6 m。

受机巷底抽巷穿层钻孔预抽瓦斯作用,工作面机巷两帮15 m范围内煤体瓦斯得到了释放,且煤体发生变形破坏,为了考察穿
层钻孔对顺层钻孔封孔的影响,顺层钻孔封孔长度为8 m,封孔范围采用三种:8～16
m、12～20 m和15～23 m。

4.1 穿层钻孔抽采效果
己15-14140切眼穿层钻孔共统计了第3、第4和第5组共计33个钻孔。

钻孔抽采期间,孔口负压基本维持在-20 kPa。

统计期间,第3组穿层孔抽采45 d,第4组抽采42 d,第5组共计抽采35 d。

抽采期间各钻孔孔口瓦斯浓度如图3～图5所示,总体看,3组钻孔抽采瓦斯浓度变化特征基本一致。

从图3结果看,最初抽采的15 d(8月26日至9月10日)各钻孔瓦斯浓度呈现上升趋势,钻孔瓦斯浓度由始抽的40%～80%逐渐增加到70%～90%,平均增幅25%;随后钻孔瓦斯浓度趋于稳定,整个第3组钻孔平均瓦斯浓度在80%左右;继续抽采15 d后,即9月26日后,各钻孔瓦斯浓度均有轻微的衰减,至10月9日,钻孔已抽采45 d,钻孔平均浓度仍有75.9%,浓度最低的钻孔也有70%,最高83%。

综合三组33个钻孔抽采的瓦斯浓度特征看:
一注式封孔方法及工艺在己15-14140切眼底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采封孔中效果是显著的,远远超出了预期的30 d抽采浓度达到30%的要求。

与传统聚氨酯或聚氨酯+水泥浆封孔方法相比,抽采瓦斯浓度变化规律不同。

原封孔方法封孔后,初始瓦斯浓度往往很高,但一般3～5 d后即会衰减至20%左右,即便条件较好的地点,浓度往往也会衰减至50%左右。

而一注式封孔初始平均浓度即可达50%,随后的45 d内抽采期(统计的时间期限),钻孔瓦斯浓度基本在70%以上。

钻孔抽采45 d左右后,33个钻孔中有22个钻孔表现了下降趋势(剩余11个钻孔表现了类似倾向)。

分析认为,钻孔抽采45 d后的浓度下降是煤层瓦斯逐渐枯竭的征兆。

4.2 顺层钻孔抽采效果
研究中随机统计了18个顺层钻孔,其中封孔范围8～16 m的钻孔5个,封孔范围12～20 m的钻孔2个,封孔范围15～23 m的钻孔11个。

统计期间顺层钻孔孔口
负压基本在-18 kPa左右。

图6～图8是不同封孔参数顺层钻孔瓦斯抽采浓度结果,可见抽采瓦斯浓度随着抽
采时间的延长,先增加而后减小,总体浓度较高。

但不同的封孔参数瓦斯浓度变化特
征也存在差别。

封孔8～16 m时,钻孔抽采56 d的时间内,瓦斯浓度保持上升,60 d 后,瓦斯浓度逐渐下降。

封孔12～20 m时,钻孔抽采66 d中,瓦斯浓度一直上升。

封孔15～23 m时,瓦斯浓度变化表现出三种特征:当顺层钻孔初始抽采浓度较高时(70%以上),钻孔保持高浓度抽采时间能持续很长时间,抽采45 d后,钻孔瓦斯浓度
开始下降;初始抽采浓度42%左右时,抽采浓度逐渐上升,约50 d后,钻孔瓦斯浓度开始下降;初始浓度20%左右比较低时,钻孔保留高浓度抽采瓦斯时间相对较长。

顺层钻孔抽采瓦斯浓度结果说明,八矿己15煤层顺层钻孔封孔参数为8～16 m即
可实现抽采高浓度瓦斯,封孔深度的变化对煤层预抽时间稍有影响,封孔深度深,初始抽采浓度高,瓦斯能够迅速被抽采出;封孔深度浅,尽管初始浓度低,但随着抽采进行,
钻孔瓦斯浓度逐渐升高;抽采约60 d后,不同封孔深度的钻孔瓦斯浓度基本相当。

可见穿层钻孔对试验地区顺层钻孔抽采瓦斯影响不大,从尽快抽出煤层瓦斯角度出发,建议八矿顺层钻孔封孔范围取15～23 m。

通过一注式封孔装置在平煤八矿的应用,得到如下结论:
八矿己组煤层采用一注式封孔装置封孔效果较好,顺层钻孔抽采67 d、穿层钻孔抽采45 d期间,钻孔均能抽采高浓度瓦斯。

穿层钻孔抽采瓦斯浓度表现为上升—平稳—下降的特性,一般抽采30 d后,煤层瓦
斯开始枯竭。

建议己组穿层钻孔封孔参数为4～10 m。

顺层钻孔封孔范围8～16 m即可抽采高浓度瓦斯,封孔深度对钻孔抽采的瓦斯浓度和钻孔实际抽采期有一定的影响,建议八矿己组顺层钻孔封孔深度采用15～23 m。

【相关文献】
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