煤层抽放钻孔合理封孔深度的确定

在“三带 ”范围内 ,应力的变化会引起作用煤体 的物理特性的改变而形成塑性变形区和弹性变形 区 ,导致在相同作用力破坏下的煤体在不同部位处 所产生的碎粒煤量是不同的 ,因此 ,通过测定煤屑量 S 值就能够推算出巷道应力“三带 ”的分布区域 。另
[收稿日期 ]2009 - 03 - 02 [作者简介 ]丁守垠 (1967 - ) ,男 ,安徽舒城人 ,工程师 ,从事生产管理工作 ,电话 : 13955422643。
图 2 各钻孔 K1 值随深度变化图
对某一区域来说 ,上述两个参数 S、K1 反映的物 理参数敏感性可能存在着差异 , S 值主要表示煤层 应力集中程度大小 ,部分反映煤的强度性质 ; K1 表 示煤层瓦斯大小及其释放速度的快慢 ,两者分别从 地应力和瓦斯的角度反映了煤层的性质 ,可以考虑
6
淮 南 职 业 技 术 学 院 学 报
在 1117 (3)掘进工作面运输顺槽迎头及其后方 每隔 30 m 选择 5个地点 ,每个地点用煤电钻向两帮 施工两个 Φ42 mm 顺煤层钻孔 ,单孔长度为 10 m; 钻孔施工过程中 ,每钻进 1 m ,用弹簧秤测定一次钻 屑量 S 和用 W TC 型煤屑瓦斯解吸仪测量钻屑瓦斯 解吸指标 K1 值 ,见表 1、表 2。
0
-3
≥108
0
Hale Waihona Puke Baidu
-7
≥108
0
- 11
≥108
孔长 (m ) 61 61 62
为了考查不同封孔深度的抽放效果 ,所以在钻 孔抽放负压等参数基本不变的情况下 ,选取具右帮 钻场的三个钻孔进行分析对比 。具体情况见表 4。
4 结语
通过比较 S 值和 K1 值的影响范围 ,得出了钻屑 量 S 值可以作为考察煤体“三带 ”的首要指标 ,瓦斯 解析指标 K1 值可以作为参考指标 ;
2 确定抽放钻孔封孔深度的方法
由于煤层内存在大量的构造裂隙发育 ,尤其是 在受采动影响较大的煤体内 ,裂隙也会更发育 ,因 此 ,确定合理的封孔深度对瓦斯抽放来说具有十分
重要的意义 。如果封孔深度太浅 ,封孔长度不能超 过巷道的应力集中带 ,在负压作用下 ,钻孔可以通过 裂隙与外部空间形成回路循环 ,导致空气经裂隙进 入钻孔内 ,进而使瓦斯抽放浓度降低 ,钻孔瓦斯抽放 时间缩短 ,更甚者抽不到瓦斯 。因此 ,合理地确定巷 道的“三带 ”范围是合理确定封孔深度的关键 。 2. 1 巷道的水平“三带 ”的分布区域
D IN G Shou - yin1 , L I D e - can2
( 1. Guqiao M ine of H ua inan M in ing G roup Co. L td. , Hua inan A nhu i 232001; 2. H enan Poly techn ic U n iversity, J iaozuo H enan 454010)
3 抽放试验
本次试验地点选在北一 13 - 1下山采区煤层回 风下山 (二 )掘进工作面 ,钻孔布置如下图 3 所示 , 钻孔参数见表 3。
图 3 北一 13 - 1采区回风下山 (二 )掘进 工作面边抽边掘钻孔布置图
孔号
1# 2# 3#
表 3 钻孔布置参数
右帮钻场
倾角 ( °)
方位角 ( °)
孔径 (mm )
[摘 要 ] 钻孔的合理封孔深度不仅是瓦斯抽放的一个重要环节 ,而且是提高瓦斯抽放效率的关键 ;采用 合理测定“三带 ”的方法 ,在顾桥矿 1117 (3)工作面进行了试验 ,通过数值模拟软件的模拟 ,得出了顾桥矿 1117 (3) 工作面预抽钻孔的合理封孔深度 ,从而为高效的实现瓦斯抽放打下坚实的基础 。
全井田发现断层 167条 ,其中正断层 137条 ,逆 断层 30条 ,大致可分为近东西向 、北西向和北东向 三个断层组 。从顾桥矿各煤层揭露地点实地观察情 况看 , 13 - 1 煤层呈层状构造 ,具有较多的次生节 理 、断口参差多角 ,故破坏类型定为 Ⅲ～Ⅳ类之间 , 属于突出煤破坏类型 。11 - 2煤层的破坏类型为 Ⅱ 类 , 11 - 2煤层属于非突出煤破坏类型 。矿井最大 绝对瓦斯涌出量为 93. 56 m3 /m in,最大相对瓦斯涌 出量为 4. 78 m3 / t,顾桥矿为高瓦斯矿井 。
2009年第 1期 第 9卷 (总第 30期 )
淮南职业技术学院学报 JOURNAL OF HU INAN VOCATIONAL & TECHN ICAL COLLEGE
NO. 1, 2009 VOL. 9, Serial No. 30
煤层抽放钻孔合理封孔深度的确定
丁守垠 1 ,李德参 2
(1. 淮南矿业集团顾桥矿 , 安徽 淮南 232000; 2. 河南理工大学 , 河南 焦作 454010)
表 1 钻屑量 S 随钻孔钻进深度的变化
钻孔深度
2m
3m
4m
5m
6m
1. 4
1. 6
1. 8
1
1. 6
1. 6
1. 7
2. 1
1. 2
1. 7
1. 8
1. 8
2. 3
1. 5
1. 9
2. 2
1. 9
2. 5
1. 8
2
2. 6
2. 1
2. 6
2. 2
2. 3
2. 9
2. 3
2. 9
2. 6
2. 5
3. 2
第 1期
丁守垠 ,李德参 :煤层抽放钻孔合理封孔深度的确定
5
外 ,巷道周围的煤体受采掘影响和破坏 ,导致赋存瓦 斯煤体的物理特性发生改变 ,煤体透气性增加 ,从而 导致不同区域的瓦斯涌出量不同 。因此 ,可以通过 测定煤屑瓦斯解吸量 K1 来确定巷道应力集中带的 范围 。 2. 2. 2 应力集中带的测定方法
[ 2 ] 袁亮. 松软低透气煤层群瓦斯抽采理论与技术 [M ]. 北京 :煤炭工业出版社 , 2004.
[ 3 ] 于不凡. 煤矿瓦斯灾害防治及利用技术 [M ]. 北京 :煤 炭工业出版社 , 2006.
The M ethod to Determ ine the Reasonable Dep th of Coal Seam Gas D rainage D rilling
0. 03 0. 08 0. 01 0. 1 0. 05
0. 07 0. 1 0. 04 0. 07 0. 01
0. 01 0. 03 0. 02 0. 04 0. 03
7m 1. 4 1. 6 1. 8
2 2. 2 2. 4 2. 6 2. 8
3 3. 2
7m 0
0. 12 0. 11 0. 06 0. 08
表 4 不同封孔长度的抽放效果对比
钻孔号 1# 2# 3#
封孔深度 (m ) 6 9 10
封孔材料 马丽散 马丽散 马丽散
抽放负压 ( kPa) 15 15 15
瓦斯浓度 ( % ) 43. 7 70 70. 60
抽放瓦斯纯量 (m3 /m in) 0. 31 0. 49 0. 50
参考文献 :
[ 1 ] 俞启香. 矿井瓦斯防治 [M ]. 徐州 :中国矿业大学出版 社 , 1992.
[关键词 ] 瓦斯抽放 ; 封孔深度 ; “三带 ”测定 [中图分类号 ] TD712 + . 62 [文献标识码 ]B [文章编号 ]1671 - 4733 (2009) 01 - 0004 - 03 DO I: 10. 3969 / j. issn. 1671 - 4733. 2009. 01. 002
2. 5
3. 2
2. 8
2. 8
3. 5
2. 7
3. 8
3. 1
3
3. 6
3. 1
3. 5
3. 2
3. 5
3. 4
2. 9
3. 4
3
3. 3
表 2 K1 值随钻孔钻进深度的变化 钻孔号
2m
3m
4m
5m
6m
0. 01 0. 03 0. 01 0. 04 0. 04
0. 02 0. 04 0. 01 0. 07 0. 03
1 矿井概况
顾桥井田的煤系地层为石炭 、二叠系 ,其中二叠 系的山西组与上 、下石盒子组为主要含煤层段 。井 田内二叠系含煤层段总厚 734 m ,含煤 33 层 ,煤层 总厚度为 30. 08 m,含煤系数为 4. 10 %。其中 13 - 1、 11 - 2、8、6 - 2和 1煤层为主要可采煤层 ,平均总厚 21. 14 m; 17 - 2、13 - 1下 、7 - 2和 4 - 1为局部可采 煤层 ,平均总厚 2. 97 m。矿井采用立井分区式开 拓 ,首采区为中央区的北一上山采区 ,首采煤层为 11 - 2煤层 ,作为上部 13 - 1煤层的保护层开采 ,两 层煤层间距为 75 m。
沿煤层掘进巷道后 ,巷道周围煤体由外向里依 次形成卸压带 、应力集中带和原始应力带 (简称为 巷道“三带 ”) 。在卸压带内 ,煤层得到较充分的卸 压 ,同时会形成大量的贯穿裂隙 ,巷道内的空气会经 卸压带的贯穿裂隙被抽入钻孔 ,从而降低瓦斯抽放 浓度和瓦斯抽放效果 。由于煤体应力的变化会造成 不同深度煤体的钻屑量变化 ,因此 ,采用向巷帮打钻 的方法 ,测定不同深度煤体的煤屑量 S 和 k1 值 ,可 以初步确定巷道卸压带 、应力集中带和原始应力带 的分布深度 ,从而确定合理的钻孔封孔深度 。 2. 2 煤层巷道“三带 ”的确定 2. 2. 1 “三带 ”的测定原理
10 m 1. 6
2 2. 4 2. 4 2. 6 2. 8 3. 2 3. 6 3. 8 3. 5
10 m 0. 01 0. 32 0. 19 0. 07 0. 05
2. 2. 3 测定结果 根据以上测定的数据 ,利用数值模拟软件绘制 了每个钻孔的钻屑量 ( S ) 随深度变化图 (如图 1所 示 )和每个钻孔的 K1 值随深度变化图 (如图 2 所 示 )。
第 9卷
结合两者来确定合理的封孔深度 。结合矿山岩石力 学和本矿实际情况 ,作出如下分析 :
图 1反映的原始应力区在巷道往里 9 m 以内的 区域 ,为了提高封孔的效果 ,防止抽放漏气 ,结合本 矿煤层构造裂隙发育的特点 ,确定合理封孔长度为 9 m。
图 2所反映的原始应力区变化范围比较大 ,原 始应力区不易确定 。主要考察钻屑量 S 指标 ,把瓦 斯解析指标 K1 值作为参考指标 ,最终确定顾桥矿 1117 (3)工作面预抽钻孔的合理封孔深度为 9 m。
由图 2可以看出 ,瓦斯解析指标 K1 值不能够明 显地表示出“三带 ”的具体位置 ,因此 K1 值不能作 为确定合理封孔深度的主要指标 ,但可以作为一个 辅助指标 。
图 1 各钻孔钻屑量 ( S ) 随深度变化图
由图 1可以看出 ,钻屑量 S 在 1～9 m 有逐渐增 加的整体趋势 ,而钻屑量 S 取最大值所处的区域为 : ( 8 m ≤ x ≤10 m; 3 kg≤ y ≤3. 9 kg) ,即单一考虑钻 屑量 S 因素 ,合理封孔深度应为 9 m。
Abstract: The reasonable dep th of sealing hole is not only an important part of gas drainage, but also a key to imp rove the efficiency of the gas drainage. In this paper, a reasonable determ ination of the“three zone”was used to test the 1117 (3) face in Guqiao m ine. A t last, the logical dep th of sealing hole of the coal seam gas drain2 age was obtained through the sim ulation of numerical sim ulation software, which lay a solid foundation on the effi2 cient gas drainage.
8m 1. 7 1. 9 2. 2 2. 4 2. 5 2. 8
3 3. 1 3. 4 3. 3
8m 0. 02 0. 02 0. 06 0. 07 0. 1
9m 1. 4 1. 6 1. 9
2 2. 4 2. 6 2. 9
3 3. 4 3. 8
9m 0. 08 0. 19 0. 02 0. 06 0. 01
通过实际测量“三带 ”的影响范围以及具体的 抽放论证 ,确定了顾桥矿 1117 ( 3)抽放钻孔的合理 封孔长度为 9 m;
在相同的抽放条件下 ,采用计算确定的封孔长 度抽出的瓦斯浓度提高了 26. 3 % ,抽放量提高了 58. 1 % ;用计算确定钻孔封孔长度的方法 ,在本矿 的预抽瓦斯以及边采边抽等抽放工艺中得到了很好 的运用 ,提高抽放瓦斯浓度与效率 。
参数
钻屑量 S ( kg /m )
孔号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
参数
K1 值 (m l/ g·m in0. 5)
孔深
2m 4m 6m 8m 10 m
1m 1. 5 1. 6 1. 9 2. 1 2. 4 2. 7
3 3. 3 3. 8 3. 5
1m 0. 05 0. 08 0. 08 0. 02 0. 03