57-19-全煤巷道顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究-2016年第1期
《2024年顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》范文
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》篇一一、引言随着煤炭资源的开采和利用，瓦斯抽采技术逐渐成为保障煤矿安全生产的重要手段。
顺层瓦斯抽采钻孔技术作为瓦斯抽采的核心技术之一，其封孔参数的合理设置对于提高瓦斯抽采效率、保障煤矿安全生产具有重要意义。
本文旨在研究顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数，为煤矿瓦斯治理提供理论依据和技术支持。
二、研究背景及意义瓦斯抽采是煤矿安全生产的重要环节，而顺层瓦斯抽采钻孔技术是瓦斯抽采的核心技术之一。
封孔参数的合理设置对于提高瓦斯抽采效率、保障煤矿安全生产具有至关重要的作用。
然而，目前关于顺层瓦斯抽采钻孔封孔参数的研究尚不够充分，缺乏系统性的理论研究和实验验证。
因此，本文的研究具有重要的理论意义和实践价值，可以为煤矿瓦斯治理提供理论依据和技术支持。
三、研究内容与方法1. 研究内容本文以顺层瓦斯抽采钻孔的封孔参数为研究对象，通过理论分析、实验室模拟和现场试验等方法，研究封孔参数对瓦斯抽采效率的影响规律，确定合理封孔参数的范围。
2. 研究方法（1）文献综述：对前人关于顺层瓦斯抽采钻孔封孔参数的研究进行综述，了解研究现状和存在的问题。
（2）理论分析：基于瓦斯流动理论和多孔介质理论，分析封孔参数对瓦斯抽采效率的影响机制。
（3）实验室模拟：通过建立实验室模拟系统，模拟顺层瓦斯抽采钻孔的封孔过程和瓦斯流动过程，研究封孔参数对瓦斯抽采效率的影响规律。
（4）现场试验：在煤矿现场进行顺层瓦斯抽采钻孔的封孔试验，验证理论分析和实验室模拟结果的正确性，确定合理封孔参数的范围。
四、研究结果与分析1. 理论分析结果理论分析表明，封孔参数对瓦斯抽采效率的影响主要体现在孔径、孔深、封孔材料和封孔时间等方面。
孔径过大或过小都会影响瓦斯的流动和抽采效率，孔深需要根据煤层厚度和瓦斯分布情况合理设置，封孔材料应具有较好的密封性能和耐久性，封孔时间应保证封孔材料充分固化，形成有效的密封层。
2. 实验室模拟结果实验室模拟结果表明，合理设置封孔参数可以提高瓦斯抽采效率。
《顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术研究》范文
《顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术研究》篇一一、引言随着煤炭资源的开采深度不断增加，煤层气（瓦斯）的抽采成为保障矿井安全生产的重要环节。
顺层瓦斯抽采钻孔技术是煤层气开发的关键技术之一，而负压的定点连续测定则是该技术中不可或缺的一环。
本文旨在研究顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术，以提高瓦斯抽采效率和安全性。
二、研究背景及意义瓦斯抽采是煤矿安全生产的重要环节，其抽采效果直接影响到矿井的安全生产和煤层气的开发利用。
顺层瓦斯抽采钻孔技术是瓦斯抽采的关键技术之一，而负压的定点连续测定则是该技术中重要的监测手段。
然而，目前该技术在应用过程中仍存在一些问题，如负压测量不准确、测量数据不连续等，这些问题严重影响了瓦斯抽采的效果和矿井的安全生产。
因此，研究顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术具有重要的现实意义和实际应用价值。
三、研究内容（一）研究方法与步骤本研究采用理论分析、实验室模拟和现场试验相结合的方法，对顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术进行研究。
具体步骤包括：1. 理论分析：分析顺层瓦斯抽采钻孔的负压产生机理及影响因素，建立负压测量模型。
2. 实验室模拟：利用模拟装置对不同工况下的负压进行测量，验证模型的准确性。
3. 现场试验：在煤矿现场进行顺层瓦斯抽采钻孔的负压定点连续测定，收集实际数据。
（二）关键技术分析1. 负压测量方法：采用先进的压力传感器进行负压测量，确保测量数据的准确性和可靠性。
2. 定点连续测定技术：通过优化测量系统，实现负压的定点连续测定，提高测量数据的连续性和稳定性。
3. 数据处理与分析：采用专业的数据处理软件对测量数据进行处理和分析，提取有用的信息，为瓦斯抽采提供指导。
四、实验结果与分析（一）实验室模拟结果通过实验室模拟，验证了负压测量模型的准确性。
在不同工况下，测量数据与模型预测值基本一致，表明该模型具有较好的适用性和准确性。
（二）现场试验结果在煤矿现场进行顺层瓦斯抽采钻孔的负压定点连续测定，收集了大量实际数据。
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》篇一一、引言随着煤炭资源的开采，瓦斯问题逐渐成为煤矿安全生产的重要问题之一。
瓦斯的有效治理和控制对提高煤矿安全水平和煤炭的采出率至关重要。
其中，顺层瓦斯抽采是有效的解决方式之一。
而为了实现瓦斯的高效抽采，其钻孔合理封孔参数的确定显得尤为重要。
本文旨在研究顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数，为煤矿瓦斯治理提供理论依据和实践指导。
二、研究现状当前，关于顺层瓦斯抽采钻孔的封孔技术，国内外学者已经进行了一定的研究。
在封孔材料、封孔深度、封孔时间等方面都取得了一定的成果。
然而，由于地质条件、瓦斯赋存状况等差异，使得不同地区、不同矿井的封孔参数存在一定的差异。
因此，需要针对具体的矿井条件，进行深入的封孔参数研究。
三、研究方法本研究采用理论分析、实验室模拟和现场试验相结合的方法，对顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数进行研究。
首先，通过理论分析，探讨封孔材料、封孔深度、封孔时间等对瓦斯抽采效果的影响机制。
其次，通过实验室模拟，模拟不同封孔参数下的瓦斯抽采过程，分析各参数对瓦斯抽采效果的影响规律。
最后，结合现场试验，验证理论分析和实验室模拟结果的正确性，确定合理的封孔参数。
四、研究结果1. 封孔材料对瓦斯抽采效果的影响研究发现，封孔材料对瓦斯抽采效果具有显著影响。
不同材料的封孔效果存在差异，其中某些材料具有较好的封孔性能和持久性。
在具体选择封孔材料时，需要结合矿井实际情况，选择适合的封孔材料。
2. 封孔深度对瓦斯抽采效果的影响封孔深度是影响瓦斯抽采效果的重要因素之一。
随着封孔深度的增加，瓦斯抽采效果逐渐提高。
然而，过深的封孔深度可能会增加钻孔工程的难度和成本。
因此，需要结合矿井地质条件和瓦斯赋存状况，确定合理的封孔深度。
3. 封孔时间对瓦斯抽采效果的影响封孔时间也是影响瓦斯抽采效果的重要因素。
适当的封孔时间能够保证封孔材料的充分固化，提高封孔效果。
然而，过长的封孔时间可能会增加煤矿生产的成本和时间成本。
《2024年顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》范文
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》篇一一、引言随着我国对煤矿开采和能源开发需求的增长，顺层瓦斯抽采作为减少煤矿瓦斯风险和保障矿井安全生产的重要措施之一，日益受到人们的重视。
而在这一过程中，顺层瓦斯抽采钻孔的封孔参数的选择直接影响到抽采效率和安全。
本文就针对这一核心问题，对顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数进行研究，以期为煤矿安全生产提供理论支持。
二、研究背景与意义瓦斯是煤矿生产中常见的安全隐患，其存在不仅威胁着矿工的生命安全，也对矿井的正常生产造成影响。
而通过顺层瓦斯抽采钻孔，可以有效降低煤矿瓦斯的含量，降低煤矿瓦斯的危险性，从而提高矿井的生产效率和安全性。
封孔参数的选择直接影响到抽采的效果和安全性能，因此研究合理封孔参数具有重要意义。
三、研究内容与方法（一）研究内容本文的研究内容主要围绕顺层瓦斯抽采钻孔的封孔参数展开，包括封孔材料的选取、封孔深度的确定、封孔压力的控制等关键参数的研究。
（二）研究方法本研究采用理论分析、实验室模拟和现场实践相结合的方式进行研究。
通过分析现有的瓦斯抽采技术理论，建立理论模型，通过实验室模拟测试，分析各参数的影响规律，再通过现场实践进行验证。
四、理论分析根据现有的瓦斯抽采技术理论，合理封孔可以减少抽采过程中瓦斯的泄漏，提高抽采效率。
封孔材料的选择应考虑其密封性、耐久性以及环保性等因素。
封孔深度和封孔压力的确定需要综合考虑煤层厚度、瓦斯压力、地质条件等因素。
五、实验室模拟与结果分析（一）实验室模拟在实验室中，我们通过模拟不同的封孔参数条件，测试了不同封孔参数对瓦斯抽采效果的影响。
实验结果表明，合理的封孔深度和封孔压力可以有效提高瓦斯抽采效率。
（二）结果分析根据实验结果，我们发现：在特定的地质条件和瓦斯压力下，存在一个最佳的封孔深度和封孔压力。
在这个条件下，瓦斯的抽采效率最高，且安全性能最佳。
这为我们在实际生产中提供了有力的参考依据。
六、现场实践与验证在现场实践中，我们根据实验室得出的结论，选择了合理的封孔参数进行实践应用。
瓦斯抽放顺层长钻孔快速施工技术实践
瓦斯抽放顺层长钻孔快速施工技术实践武昊【摘要】潞安集团常村煤矿1151(3)综放工作面顺槽瓦斯抽放顺层长钻孔施工存在效率较低的问题,针对该问题和钻孔消突施工的其他问题进行了分析,有针对性地提出了相应的解决方案.实践应用表明,该解决方案切实合理,消突效果非常明显,各项预测指标无一超标.【期刊名称】《山东煤炭科技》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】2页(P11-12)【关键词】顺层长钻孔;施工;技术【作者】武昊【作者单位】潞安集团潞安金源煤层气开发有限责任公司,山西襄垣046204【正文语种】中文【中图分类】TD713+.31 工程概况潞安集团常村煤矿1151（3）综放工作面根据掘进过程中突出危险性预测预报结果，明确指出该面具有突出危险性，如何消突已成为该面能否顺利投产的关键。
该工作面走向长1674m，倾斜长231.8m，煤层倾角12.8°，厚度约5.4m，于2016年1月16日贯通。
煤炭研究院太原分院定的消突方案是在工作面上、下顺槽相应区域施工一定数量的顺层长钻孔，提前对煤层进行预抽和卸压（本煤层预抽率须大于30%）。
为了提高钻孔施工深度，推荐采用空压机供风排渣法从切眼向收作线位置依次施工，钻孔深度：上顺槽100m，下顺槽120m。
1151（3）工作面平面示意图见图1。
2 钻孔施工方法技术革新1151（3）工作面从掘进至贯通这段时间内，防突措施一直采用麻花钻杆系统压风排渣法钻进，施工孔深多在17～80m，进尺较为缓慢。
由于消突任务重，增加上、下顺槽钻孔施工深度已成为消突工作的首要任务。
经过对SGZ-IB钻机的性能和现场施工情况分析，决定仍采用Ф73mm麻花钻杆、SGZ-IB型钻机、井下系统压风排渣法钻进，通过技术创新，实现进尺突破。
图1 1151（3）工作面平面示意图2.1 选取合适的钻头改用Ф91mm三翼合金片钻头，具有降低埋钻次数的优点，同时提高打钻速度。
不同规格钻头对钻孔深度的影响见表1所示。
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》篇一一、引言随着煤矿瓦斯治理工程的不断推进，顺层瓦斯抽采技术在煤炭资源开发过程中显得愈发重要。
作为瓦斯抽采的核心环节，顺层瓦斯抽采钻孔的封孔技术是确保抽采效果和安全性的关键。
因此，本文针对顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数进行研究，旨在为煤矿瓦斯治理提供理论支持和实践指导。
二、研究背景及意义随着煤炭资源的开采，瓦斯问题日益突出，瓦斯治理成为煤矿安全生产的重要任务。
顺层瓦斯抽采是瓦斯治理的重要手段之一，而封孔技术是影响抽采效果和安全性的关键因素。
因此，研究顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数，对于提高瓦斯抽采率、保障煤矿安全生产具有重要意义。
三、研究方法及内容1. 研究方法本研究采用理论分析、实验室试验和现场试验相结合的方法，对顺层瓦斯抽采钻孔的封孔参数进行深入研究。
2. 研究内容（1）分析顺层瓦斯抽采钻孔的封孔原理及影响因素，为后续研究提供理论支持。
（2）通过实验室试验，研究不同封孔材料、封孔深度、封孔压力等参数对封孔效果的影响。
（3）在现场进行试验，验证实验室试验结果的准确性，并优化封孔参数。
四、研究结果及分析1. 封孔原理及影响因素分析顺层瓦斯抽采钻孔的封孔原理主要是通过封孔材料将钻孔周围煤岩体与外界隔绝，减少瓦斯泄漏，提高抽采效果。
影响因素包括封孔材料、封孔深度、封孔压力、煤岩体性质等。
2. 实验室试验结果（1）不同封孔材料对封孔效果的影响：采用聚氨酯、膨胀水泥等封孔材料进行试验，发现聚氨酯封孔材料具有较好的密封性能和耐压性能。
（2）封孔深度对封孔效果的影响：随着封孔深度的增加，封孔效果逐渐提高，但当封孔深度达到一定值后，继续增加封孔深度对封孔效果的提升作用有限。
（3）封孔压力对封孔效果的影响：适当增加封孔压力可以提高封孔效果，但过高的封孔压力可能导致封孔材料破裂，反而降低封孔效果。
3. 现场试验结果及分析在现场进行试验，验证了实验室试验结果的准确性，并进一步优化了封孔参数。
《顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术研究》
《顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术研究》篇一一、引言在煤炭开采过程中，瓦斯安全问题一直备受关注。
为了确保煤矿安全、有效且环保的开采，瓦斯治理及预防措施显得尤为重要。
顺层瓦斯抽采作为瓦斯治理的关键环节，其钻孔负压的定点连续测定技术对于掌握瓦斯抽采效果、优化抽采方案以及预防瓦斯事故具有重要意义。
本文旨在研究顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术，以期为煤矿瓦斯治理提供技术支持。
二、研究背景及意义随着煤炭开采深度的增加，煤层气（瓦斯）的赋存条件和运动规律日趋复杂，瓦斯灾害频发。
为了有效降低瓦斯浓度、预防瓦斯事故，顺层瓦斯抽采技术得到了广泛应用。
然而，在瓦斯抽采过程中，如何准确、实时地测定钻孔负压成为了一个亟待解决的问题。
因此，研究顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术，对于提高瓦斯抽采效率、确保煤矿安全生产具有重要意义。
三、技术原理及方法（一）技术原理顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术主要基于压力传感器和自动控制系统。
通过在钻孔内安装压力传感器，实时监测钻孔内瓦斯压力变化；同时，通过自动控制系统实现负压的定点连续测定和记录。
（二）方法步骤1. 钻孔设计：根据煤层条件、瓦斯赋存情况以及抽采需求，设计合理的钻孔参数。
2. 安装传感器：在钻孔内安装压力传感器，确保传感器与钻孔壁紧密接触，以提高测量准确性。
3. 连接自动控制系统：将压力传感器与自动控制系统连接，实现数据的实时传输和记录。
4. 连续测定：通过自动控制系统实现负压的定点连续测定，记录数据并进行分析。
5. 数据处理与分析：对测得的数据进行处理和分析，得出钻孔负压变化规律及瓦斯抽采效果。
四、实验及结果分析（一）实验过程为验证顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术的可行性及准确性，我们进行了现场实验。
实验过程中，我们选择了具有代表性的煤矿作为实验地点，按照上述方法步骤进行实验。
（二）结果分析通过实验数据对比分析，我们发现采用顺层瓦斯抽采钻孔负压定点连续测定技术可以实时、准确地监测钻孔内负压变化。
本煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究
此 向切 眼 方 向相邻 的钻孔 依 次记 作 ２ 、 ３ 、 ４ 、 ５ 、 ６ 、
７ 、 ８ 、 ９ 。
在长期 的抽 采实 践 中 ， 国内确定 了一项 瓦斯 抽采
３ 封孔 方式简 介
钻 孔 的封孔 基本 原则 ： １ ）保 证 不 吸人 空气 。２ ）使封
８ ０ ｍ。记 距停 采线 ５ ０ ｍ处 的 钻孑 Ｌ 为 １ 试 验钻 孔 ， 由
的封 孔深 度对 提高 瓦斯 的抽采 率 ， 保 证 瓦斯抽采 钻孔
的封 孔效 果 ， 降低工 作 面 的瓦斯 涌 出量 ， 防止 煤 与 瓦 斯突出， 保 证矿 井安 全 、 高效 的生 产具 有 重 要 的 现实
抽 采本 煤层 瓦斯 是 现 今矿 井 预 防 瓦斯 事 故 发 生 的重要 手段 之一 ， 瓦斯 抽采钻 孔 的封孔 技术是 抽采 本 煤 层 瓦斯 的关键技 术环 节 ， 而封孔 深度 又是影 响封 孔 质 量 的一个 重要 因 素 。虽 然 国 内外 的 专家 学 者 对 合 理 封孔 深度进 行过 很 多的研究 和试 验 ， 并取得 了相应 成就， 但 是合 理封孔 深 度 的研 究 目前依 然处在探 索 阶 段 。笔 者认 为在不 同的煤层赋 存及 开采 地质 条件 、 开 采 深度 、 煤岩 力学性 能参 数 的条件 下 ， 封 孔 的深 度会
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ８—０ ３
本 试验 采用 的是 一 种 新 型 的囊 袋 式 注 浆 封孔 技
作者简 介： 姜建峪 （ １ ９ ６ ８ 一） ， 男， 山 西 广 灵人 ， １ ９ ９ １年 毕业 于 大 同煤 校 ， 工程师 ， 主 要 从 事煤 矿 生产 技 术 管 理 工 作
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》范文
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》篇一一、引言随着煤炭资源的开采，瓦斯问题逐渐成为煤矿安全生产的重要问题之一。
顺层瓦斯抽采技术是解决瓦斯问题的有效途径之一，而封孔参数的合理设置是保证瓦斯抽采效果的关键因素。
因此，本文以顺层瓦斯抽采钻孔的封孔参数为研究对象，通过理论分析、实验研究和数值模拟等方法，探讨合理的封孔参数，为煤矿瓦斯治理提供理论支持和实践指导。
二、文献综述前人对于瓦斯抽采钻孔的封孔技术进行了大量研究，主要从封孔材料、封孔工艺、封孔深度等方面进行了探讨。
其中，封孔材料主要包括水泥、砂浆、聚氨酯等，封孔工艺则包括机械封孔、注浆封孔等。
在封孔深度的研究方面，认为随着封孔深度的增加，瓦斯抽采效果会逐渐提高，但同时也需要考虑到钻孔的稳定性、钻井成本等因素。
三、研究方法本文采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法进行研究。
首先，通过理论分析，探讨封孔参数对瓦斯抽采效果的影响机制；其次，进行实验研究，对比不同封孔参数下的瓦斯抽采效果；最后，利用数值模拟方法，对实验结果进行验证和补充。
四、理论分析在理论分析中，本文从瓦斯的运移规律、钻孔的封闭性能、封孔材料的性质等方面出发，分析了封孔参数对瓦斯抽采效果的影响机制。
研究表明，合理的封孔参数应该考虑到瓦斯的运移路径、钻孔的稳定性、封孔材料的密封性能等因素。
同时，封孔深度也是影响瓦斯抽采效果的重要因素之一。
五、实验研究在实验研究中，本文设计了不同封孔参数的钻孔，并进行了瓦斯抽采实验。
实验结果表明，合理的封孔参数可以提高瓦斯的抽采效率，降低瓦斯浓度。
同时，不同封孔材料和工艺对瓦斯抽采效果也有一定的影响。
例如，采用聚氨酯等新型封孔材料可以显著提高封孔效果和瓦斯抽采效率。
六、数值模拟为了进一步验证实验结果和深入探讨封孔参数的影响机制，本文利用数值模拟方法进行了研究。
数值模拟结果表明，合理的封孔参数可以有效地控制瓦斯的运移和扩散，提高瓦斯的抽采效率。
同时，模拟结果也表明了封孔深度对瓦斯抽采效果的影响最为显著。
顺层长钻孔预抽瓦斯孔径确定及应用效果分析
顺层长钻孔预抽瓦斯孔径确定及应用效果分析黄战峰;万祥云;孔留安【摘要】针对丁集矿煤层瓦斯高、地应力大及透气性差等特点,在巷道掘进工作面及煤壁两侧采取顺层长钻孔预抽瓦斯卸压消突措施.通过RFPA-Gasflow软件对钻孔周围煤的变形破坏特征、瓦斯流动特点及应力集中的变化进行数值模拟,获得合理瓦斯抽放钻孔参数,保证措施安全有效.结合模拟结果和现场钻孔施工实际确定抽放钻孔直径为133 mm,此时钻孔周围煤水平、竖直方向最大破坏范围达到520 mm和360 mm,掘进工作面前方煤卸压消突效果显著.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】5页(P162-166)【关键词】顺层长钻孔;数值模拟;预抽瓦斯;消突效果;瓦斯孔径【作者】黄战峰;万祥云;孔留安【作者单位】河南城建学院市政与环境工程学院,河南平顶山467036;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;河南城建学院市政与环境工程学院,河南平顶山467036;河南城建学院市政与环境工程学院,河南平顶山467036【正文语种】中文【中图分类】TD712全国煤矿开采每年以10～20 m的速度向下延深，随开采深度增加，地应力增高使煤层及围岩的透气性变差，瓦斯含量增加、瓦斯涌出量增大，煤与瓦斯突出等动力灾害频发，严重影响矿井安全和生产接替[1-2]。
为此，国内外学者提出了相应解决办法，即预抽煤层瓦斯，国外一些国家先后都开展过长钻孔抽放瓦斯的试验，取得了显著效果[3-4]。
但我国95%以上的高瓦斯和突出矿井煤层透气性差，瓦斯抽采困难，必须采取一些技术手段提高煤层透气性，如利用煤层高压注水、水力割缝、水力冲孔、煤层深孔聚能爆破等[5-7]，虽然都取得了一定的卸压增透效果，但因施工操作复杂、易诱导突出发生等原因，有些技术并未得到广泛应用[8-9]。
丁集煤矿平均开采深度为800 m，瓦斯含量为5.5～6.5 m3/t，瓦斯压力为0.42～1.56 MPa，煤与瓦斯突出严重。
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》篇一一、引言随着煤炭资源的开采和利用，瓦斯抽采已成为保障煤矿安全生产的重要手段。
顺层瓦斯抽采钻孔的封孔参数对于瓦斯抽采效果和矿井安全具有重要影响。
因此，研究合理的顺层瓦斯抽采钻孔封孔参数，对于提高瓦斯抽采效率、保障矿井安全具有重要意义。
本文旨在通过对顺层瓦斯抽采钻孔封孔参数的研究，为煤矿瓦斯治理提供理论依据和技术支持。
二、研究背景及意义随着煤炭开采深度的增加，瓦斯灾害问题日益严重，瓦斯治理成为保障矿井安全的重要环节。
顺层瓦斯抽采是一种有效的瓦斯治理手段，其关键在于合理的封孔参数。
封孔参数的合理性直接影响到瓦斯抽采的效率和安全性，因此，研究顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数具有重要的现实意义。
三、研究方法与内容本研究采用理论分析、实验室模拟和现场试验相结合的方法，对顺层瓦斯抽采钻孔的封孔参数进行研究。
具体研究内容包括：1. 理论分析：通过分析瓦斯在煤层中的运移规律、钻孔周围应力分布及封孔材料的力学性能，为确定合理的封孔参数提供理论依据。
2. 实验室模拟：采用相似材料模拟煤层，通过改变封孔参数，观察瓦斯抽采效果，分析不同封孔参数对瓦斯抽采的影响。
3. 现场试验：在典型煤矿进行现场试验，根据实验结果和矿井实际情况，确定合理的封孔参数。
四、研究结果与分析1. 理论分析结果：通过理论分析，得出瓦斯在煤层中的运移规律及钻孔周围应力分布情况，为后续实验提供理论依据。
2. 实验室模拟结果：在实验室模拟中，通过改变封孔参数，发现封孔深度、封孔材料及注浆压力等参数对瓦斯抽采效果具有显著影响。
其中，适当的封孔深度和注浆压力能够提高瓦斯抽采效率，而封孔材料的选择则需考虑其力学性能和耐久性。
3. 现场试验结果：在典型煤矿进行现场试验，根据实验结果和矿井实际情况，确定合理的封孔参数。
通过对不同封孔参数的对比分析，发现合理的封孔参数能够显著提高瓦斯抽采效率，降低瓦斯灾害风险。
五、结论与建议1. 结论：本研究通过理论分析、实验室模拟和现场试验，得出顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数的重要性及影响因素。
57-19-全煤巷道顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究-2016年第1期
全煤巷道顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究黄致鹏1，魏国营1，2，3（1.河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作454003； 2.河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地，河南焦作454003； 3.煤炭安全生产河南省协同创新中心，河南焦作454003）［摘要］为了提高亭南矿顺层钻孔抽采瓦斯的效率，基于合理封孔深度的重要性，采用FLAC 3D 模拟煤巷开挖后围岩塑性区、垂直应力分布情况，并用Tecplot 软件提取巷帮煤岩垂直应力数值，拟合后得到距巷帮不同深度的应力分布曲线。
根据钻屑法、钻屑瓦斯解吸指标法现场实测数据，确定出全煤巷道3个应力分区的范围。
通过抽采效果验证，证明顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度是应该超出巷帮的卸压带或塑性区范围，但同时又应小于应力峰值点的深度。
最终确定亭南矿顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔深度为9m 。
［关键词］顺层钻孔；抽采瓦斯；合理封孔深度；钻屑量；钻屑瓦斯解吸指标［中图分类号］TD712［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2016）01-0101-04Ｒeasonable Sealing Length of Gas Extraction Borehole in Full Coal ＲoadwayHUANG Zhi-peng 1，WEI Guo-ying 1，2，3（1.College of Safety Science and Engineering ，Henan Polytechnic University ，Jiaozuo 454003，China ；2.State Key Laboratory Cultivation Base for Gas Geology and Gas Control （Henan Polytechnic University ），Jiaozuo 454003，China ；3.The Collaborative Innovation Center of Coal Safety Production of Henan ，Jiaozuo 454003，China ）Abstract ：In order to improve the efficiency of bedding gas drainage borehole of Tingnanmine ，based on the importance of rational sealing depth ，using numerical simulation software FLAC 3D simulates plastic zones and the vertical stress distribution case after coal roadway excavation.And using the Tecplot software to extract of the roadway coal and rock vertical stress values ，and finally get the stress distribution curve away from roadway at different depths after fitting.According to drilling bits amount ，cuttings gas desorption indexmethod field data ，to determine the scope of the seam roadway three stress partition.Through the effect of extraction proof bed-ding reasonable sealing gas drainage drilling depth should be beyond the scope of relief with or plastic zone of two sides roadway ，but also less than the peak stress point roadway depth.So the rational borehole sealing depth of Tingnanmine is 9m.Key words ：hole drilled along seam ；gas drainage ；rational sealing depth ；drilling bits amount ；cuttings gas desorption index［收稿日期］2015－07－01［DOI ］10.13532/11－3677/td.2016.01.027［基金项目］国家科技重大专项资助项目（2011ZX05040－005）；长江学者和创新团队发展计划资助项目（IＲT1235）；河南理工大学博士基金资助项目（B2010－71）。
《2024年顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》范文
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》篇一一、引言在煤矿瓦斯治理中，顺层瓦斯抽采是一种重要的技术手段。
然而，由于地质条件、钻孔工艺和封孔技术等因素的影响，瓦斯抽采效果往往不尽如人意。
其中，封孔参数的选择对于瓦斯抽采的效率和安全性具有重要意义。
因此，本文针对顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数进行研究，旨在提高瓦斯抽采效率和安全性。
二、研究背景及意义随着煤炭资源的开采，瓦斯灾害问题日益严重。
顺层瓦斯抽采作为一种有效的瓦斯治理手段，对于保障煤矿安全生产、减少瓦斯灾害具有重要意义。
然而，在实际应用中，由于地质条件、钻孔工艺和封孔技术等因素的影响，瓦斯抽采效果往往受到限制。
因此，研究合理封孔参数对于提高瓦斯抽采效率和安全性具有重要价值。
三、研究内容（一）研究方法本研究采用理论分析、实验室测试和现场试验相结合的方法，对顺层瓦斯抽采钻孔的封孔参数进行研究。
首先，通过理论分析确定封孔参数的影响因素；其次，通过实验室测试获得不同封孔参数下的瓦斯抽采效果；最后，在现场进行试验验证，确定合理的封孔参数。
（二）封孔参数的选择及优化本研究选取了封孔深度、封孔材料和封孔工艺等参数进行研究。
首先，通过理论分析和实验室测试，确定了各参数对瓦斯抽采效果的影响规律；其次，运用优化算法对各参数进行优化，得到合理的封孔参数组合；最后，在现场进行试验验证，确定最优的封孔参数。
四、实验结果与分析（一）实验室测试结果实验室测试结果表明，封孔深度、封孔材料和封孔工艺对瓦斯抽采效果均有显著影响。
在一定的范围内，随着封孔深度的增加，瓦斯抽采效率逐渐提高；而封孔材料的选择和封孔工艺的优化也能显著提高瓦斯抽采效果。
（二）现场试验结果现场试验结果表明，经过优化后的封孔参数组合能够显著提高瓦斯抽采效率和安全性。
与未优化的封孔参数相比，优化后的封孔参数在相同的时间内能够抽采更多的瓦斯，同时减少了瓦斯泄漏和爆炸的风险。
五、结论与建议（一）结论通过本研究，我们得出以下结论：1. 封孔深度、封孔材料和封孔工艺是影响顺层瓦斯抽采效果的重要因素。
顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度
第３７卷第１期２０２２年㊀３月矿业工程研究ＭｉｎｅｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＶｏｌ.３７Ｎｏ.１Ｍａｒ.２０２２ｄｏｉ:１０.１３５８２/ｊ.ｃｎｋｉ.１６７４－５８７６.２０２２.０１.００６顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度尚延龙ꎬ谢雄刚∗ꎬ马瑞帅ꎬ苏伟伟(贵州大学矿业学院ꎬ贵州贵阳５５００２５)摘㊀要:为确定顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度ꎬ基于实际地质条件ꎬ运用理论分析㊁数值模拟和现场试验相结合的方法ꎬ对薛湖煤矿２３０６运输巷侧帮卸压带范围及合理顺层钻孔瓦斯抽采封孔深度进行研究.研究结果表明:钻孔初始瓦斯流量与地应力㊁钻孔直径㊁钻进深度㊁钻进时间㊁煤体的物理性质以及瓦斯压力梯度密切相关ꎬ且当钻进方式和煤层确定时ꎬ影响钻孔初始瓦斯流量的主要因素为瓦斯压力梯度ꎻ当瓦斯压力梯度确定时ꎬ随着钻进深度的增加ꎬ钻孔初始瓦斯流量也逐渐增加ꎬ且钻孔初始瓦斯流量与瓦斯压力梯度之间存在明显的线性关系ꎻ数据显示封孔深度为１０ｍ时可实现瓦斯的持续性抽采ꎬ而连续流量法测得的卸压带宽度为０~１０ｍꎬ验证了连续流量法所测得的卸压带宽度的准确性.关键词:封孔深度ꎻ钻孔瓦斯连续流量法ꎻ卸压带ꎻ数值模拟ꎻ瓦斯抽采中图分类号:Ｘ９３６㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７２－９１０２(２０２２)０１－００３７－０７ＴｈｅＲｅａｓｏｎａｂｌｅＳｅａｌｉｎｇＤｅｐｔｈｏｆＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＤｒｉｌｌｉｎｇＧａｓＥｘｔｒａｃｔｉｏｎＳＨＡＮＧＹａｎｌｏｎｇꎬＸＩＥＸｉｏｎｇｇａｎｇꎬＭＡＲｕｉｓｈｕａｉꎬＳＵＷｅｉｗｅｉ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｉｎｉｎｇꎬＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＧｕｉｙａｎｇ５５００２５ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｅａｌｉｎｇｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｅａｌｉｎｇｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｉｄｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｌａｎｅ２３０６ｉｎＸｕｅｈｕＣｏａｌＭｉｎｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｆｉｅｌｄｔｅｓｔꎬｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ.Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｇａｓｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｉｓｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｇｒｏｕｎｄｓｔｒｅｓｓꎬｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅꎬｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｐｔｈꎬｄｒｉｌｌｉｎｇｔｉｍｅꎬｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏａｌｂｏｄｙａｎｄｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔꎬａｎｄｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｇａｓｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｉｓｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔｗｈｅｎｄｒｉｌｌｉｎｇｍｏｄｅａｎｄｃｏａｌｓｅａｍａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ.Ｗｈｅｎｔｈｅｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄꎬｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｇａｓｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｐｔｈꎬａｎｄｔｈｅｒｅｉｓａｎｏｂｖｉｏｕｓｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｇａｓｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅａｎｄｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔ.Ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｗｉｄｔｈｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｌｏｗｍｅｔｈｏｄｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｉｎｅａｒｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｒｅｌｉｅｆｂａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｌｏｗｍｅｔｈｏｄｉｓ０~１０ｍａｎｄｔｈｅｈｏｌｅｓｅａｌｉｎｇｄｅｐｔｈｉｓ１０ｍ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｅａｌｉｎｇｄｅｐｔｈꎻｂｏｒｅｈｏｌｅｇａｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｌｏｗｍｅｔｈｏｄꎻｓｔｒｅｓｓ－ｒｅｌｉｅｆｚｏｎｅꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象ꎬ主要表现为在极短时间内大量的煤与瓦斯涌向工作面[１].大量研究表明ꎬ煤与瓦斯突出的发生首先是在地应力的作用下煤岩体发生破坏产生大量的孔隙㊁裂隙ꎬ随后在高压瓦斯的作用下大量能量被释放到工作面ꎬ从而造成大量的人员伤亡与财产损失[２－４].简而言之ꎬ煤与瓦斯突出是一种能量释放的过程[５].但是ꎬ单一的地应力或瓦斯压力都不足以导致煤与瓦斯突出的发生.对于具有煤与瓦斯突出危险性的煤层ꎬ瓦斯含量过大和瓦斯初始释放时发生气体膨胀是煤与瓦斯事故发㊀收稿日期:２０２１－０８－０４基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１８６４００９ꎻ５２１６４０１６)ꎻ贵州省教育厅自然科学重点资助项目(黔教科[２０１１]０３４号)㊀㊀∗通信作者ꎬＥ－ｍａｉｌ:４１１９２２３６０＠ｑｑ.ｃｏｍ博看网 . All Rights Reserved.矿业工程研究２０２２年第３７卷生的基础条件[６－８].随着煤矿开采向深部进行ꎬ煤体瓦斯含量急剧增加ꎬ这大大增加了煤矿开采过程中的危险性[９].顺层钻孔瓦斯抽采是降低煤层瓦斯含量㊁确保采煤安全的有效手段ꎬ而合理的顺层钻孔封孔深度是决定瓦斯抽采效果的重要因素.当封孔深度位于卸压带范围时ꎬ往往会出现钻孔漏风严重等问题ꎬ因此ꎬ顺层钻孔瓦斯抽采过程中ꎬ准确判断卸压带范围和设计合理的封孔深度对瓦斯抽采及采煤工作安全进行起着至关重要的作用.近年来ꎬ不少学者对顺层钻孔瓦斯抽采时合理封孔深度进行了研究.程欢等[１０]通过理论分析与现场试验的方式ꎬ运用稳压流量法对汇丰汇煤矿１５１１１工作面侧帮卸压带宽度进行了研究ꎬ并得出当顺层钻孔瓦斯抽采封孔深度为１０.５ｍ时可实现煤层瓦斯持续性抽采ꎻ付帅[１１]通过气体漏失量法对煤巷侧帮卸压带范围进行了研究ꎬ发现通过气体漏失量法测定的卸压带范围为１１ｍꎬ略大于钻孔参数法所确定的卸压带范围ꎬ可实现顺层钻孔瓦斯持续性抽采ꎻ魏风清等[１２－１３]从钻屑瓦斯解吸指标的角度出发ꎬ对伍仲煤矿１１０５工作面侧帮卸压带范围进行了探究ꎬ并基于卸压带范围对顺层钻孔瓦斯合理封孔深度及瓦斯抽采效果进行了考察.上述研究在保证煤矿安全生产和煤炭高效回采方面做出了很大贡献ꎬ但是上述方法均为典型的点方法ꎬ操作过程复杂且很难保证顺层钻孔瓦斯封孔深度的合理性.基于以上分析ꎬ本文通过理论分析与数值模拟相结合的方法对瓦斯压力梯度与钻孔初始瓦斯流量之间的关系进行探讨ꎬ后续以河南薛湖煤矿２３０６运输巷为试验对象ꎬ采用连续流量法ꎬ连续测定打钻过程中采空区侧方煤体涌出的瓦斯流量ꎬ用来确定卸压带宽度ꎬ以期为确定顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度提供一种新方法.１ 理论分析由前人研究与理论分析可知ꎬ钻孔初始瓦斯流量主要包括３个分布[１４]ꎬ分别是钻头附近涌出的瓦斯流量㊁钻进过程中钻孔孔壁涌出的瓦斯流量以及钻进过程中形成的钻屑涌出的瓦斯流量.煤体瓦斯赋存形式包括吸附态与游离态ꎬ并且在外部条件改变时二者会相互转化ꎬ导致钻孔瓦斯涌出是一个很复杂的过程.为了简化研究ꎬ同时在考虑主要因素的情况下ꎬ假设:①煤层顶底板没有裂隙且对瓦斯吸附能力很弱ꎻ②煤体瓦斯是理想气体并且遵守达西定律ꎻ③煤层均质ꎻ④煤体温度保持恒定ꎻ⑤煤层瓦斯渗透率不随瓦斯压力的变化而变化.钻进过程中ꎬ钻头附近首先形成瓦斯流动的通道ꎬ在高压瓦斯压力梯度的作用下钻头附近的瓦斯服从球向渗流ꎬ其渗流方程的推导过程如式(１)和式(２)所示.∂Ｐ∂ｔ＝ａ１∂２Ｐ∂ｒ２＋２ｒ∂Ｐ∂ｒæèçöø÷.(１)初始条件:ｒ＝０ｔ>０()ꎬ∂Ｐ∂ｒ＝０.边界条件:０<ｔ<ɕꎬｒ＝Ｒ１ꎬＰ＝Ｐ１＝ｐ２１ꎻ０<ｔ<ɕꎬｒңɕꎬＰ＝Ｐ０＝ｐ２０ꎬ∂Ｐ∂ｒ＝０.ìîíïïïï式中:ａ１为煤层瓦斯含量系数ꎻｒ为球向渗流模型半径ꎬｍꎻＰ为球向渗流模型对应煤层瓦斯压力ꎬＭＰａꎻｔ为时间ꎬｓꎻＲ１为钻孔半径ꎬｍꎻＰ１为球向渗流模型钻孔瓦斯压力ꎬＭＰａꎻｐ１为钻孔瓦斯压力ꎬＭＰａꎻＰ０为球向渗流模型煤层原始瓦斯压力ꎬＭＰａꎻｐ０为煤层原始瓦斯压力ꎬＭＰａ.对式(１)进行拉氏变换并将初始条件㊁边界条件及达西定律代入ꎬ可得钻头附近瓦斯涌出量:ｑＡ＝Ｐ０－Ｐ１()ｒＲ１＋λａ１４πｐ１.５０ｔæèçöø÷(２)式中:ｑＡ为钻头附近瓦斯涌出量ꎬｍ３/(ｍ２ ｄ)ꎻλ为煤层渗透系数ꎬｍ２/(ＭＰａ２ ｄ).由式(２)可以看出:钻头前方煤体瓦斯涌出量与时间㊁瓦斯压力梯度及钻孔半径相关ꎬ受时间影响较８３博看网 . All Rights Reserved.第１期尚延龙ꎬ等:顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度大ꎬ随着涌出时间持续增加而逐渐趋于一个定值.相比于煤层ꎬ可将钻孔看作无限小的孔洞.钻孔周围瓦斯流动方式符合径向渗流ꎬ如式(３)所示.∂Ｐ∂ｔ＝ａ１∂２Ｐ∂ｒ２＋１ｒ∂Ｐ∂ｒæèçöø÷.(３)初始条件:ｒ＝０ｔ>０()ꎬ∂Ｐ∂ｒ＝０.边界条件:０<ｔ<ɕꎬｒ＝Ｒ１ꎬＰ＝Ｐ１＝ｐ２１ꎻ０<ｔ<ɕꎬｒңɕꎬＰ＝Ｐ０＝ｐ２０ꎬ∂Ｐ∂ｒ＝０.ìîíïïïï对式(３)进行拉氏变换ꎬ并将初始条件与边界条件代入ꎬ再进行无量纲化处理后可得钻孔孔壁瓦斯涌出量:ｑＢ＝λＹＰ０－Ｐ１()Ｒ１.(４)式中:ｑＢ为钻孔孔壁瓦斯涌出量ꎬｍ３/(ｍ２ ｄ)ꎻＹ为无量纲常数.由式(４)可以看出:钻孔孔壁的瓦斯涌出量与瓦斯压力梯度及煤层透气性系数正相关ꎬ与钻孔半径负相关.随着钻孔的钻进ꎬ由钻屑中涌出的瓦斯流量逐渐变大.假设煤屑为球形㊁各向同性且均质ꎬ钻进过程中煤屑直径保持不变ꎬ在钻进时符合质量守恒定律.基于上述假设ꎬ钻孔内部钻屑涌出瓦斯的流动方程推导过程如式(５)~式(８)所示.∂Ｐ∂ｔ＝ａ１∂２Ｐ∂ｒ２æèç＋２ｒ∂Ｐ∂ｒöø÷.(５)初始条件:ｒ＝０ｔ>０()ꎬ∂Ｐ∂ｒ＝０.边界条件:ｒ＝Ｒ１(ｔ>０)ꎬＰ＝Ｐ１＝ｐ２１ꎻｒ＝０(ｔ>０)ꎬ∂Ｐ∂ｒ＝０.ìîíïïïï将初始条件和边界条件代入式(５)ꎬ并进行拉氏变换求解可得Ｅ０＝１－Ｒ１ｒｅｒｆ１－ｒＲ１２Ｆ０æèçççöø÷÷÷－ｅｒｆ１＋ｒＲ１２Ｆ０æèçççöø÷÷÷éëêêêêùûúúúú.(６)式中:Ｅ０为钻头前方煤体瓦斯在均质煤层中球向不稳定流动时的瓦斯压力ꎻＦ０为时间准数.根据达西定律可得煤壁瓦斯涌出量为ｑＣ＝－λ∂Ｐ∂ｒꎬ(ｒ＝Ｒ１).(７)式中:ｑＣ为煤壁瓦斯涌出量.对式(６)进行无量纲化处理ꎬ代入式(７)可得钻孔内部钻屑瓦斯涌出量:ｑＤ＝λ２Ｒ１Ｆ０Ｐ０－Ｐ１()ｅｘｐ－Ｆ０()＋１[].(８)式中:ｑＤ为钻孔内部钻屑瓦斯涌出量.由式(８)可以看出:煤屑中的瓦斯涌出量受多方面因素影响ꎬ其中瓦斯压力梯度对其影响最大.２ 瓦斯压力梯度影响下的钻孔瓦斯流量变化规律的数值模拟由理论分析可知ꎬ钻孔瓦斯流量与地应力㊁钻孔直径㊁钻进深度㊁钻进时间㊁煤体的物理性质以及瓦斯９３博看网 . All Rights Reserved.矿业工程研究２０２２年第３７卷压力梯度有关.当煤层及钻进方式确定时ꎬ影响钻孔瓦斯流量的前５个因素往往是确定的ꎬ这时影响钻孔瓦斯流量的主要因素为瓦斯压力梯度.基于此ꎬ本文运用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ数值模拟软件进行数值模拟ꎬ探究瓦斯压力梯度对钻孔瓦斯流量的影响规律ꎬ数值模型如图１所示.图１㊀三维数值模型该模型弹性模量为６７５ＭＰａꎬ内聚力为０.１３６ＭＰａꎬ内摩擦角为２２ʎꎬ温度为３０３Ｋꎬ煤体密度为１３５０ｋｇ/ｍ３ꎬ泊松比为０.４５ꎬ瓦斯密度为０.７１６ｋｇ/ｍ３ꎬ动力黏度为１.８５ｅ－５Ｐａ/ｓ.模型长度为１.５ｍꎬ宽和高均为２ｍꎬ钻孔直径为４２ｍｍ.模型上方施加煤层埋深为９００ｍ时的上覆压力ꎬ含水率为５.６％ꎬ钻进时间为３ｍｉｎꎬ钻进深度为１ｍ.模拟瓦斯压力由０.５ＭＰａ增到３.０ＭＰａꎬ瓦斯压力梯度分别为０.５ꎬ１.０ꎬ１.５ꎬ２.０ꎬ２.５ＭＰａ.模拟得到不同的瓦斯压力梯度下钻孔瓦斯流量曲线如图２所示.由图２可知:在不同的瓦斯压力梯度下ꎬ随着钻进过程的进行ꎬ初始瓦斯涌出量迅速增加.在整个钻进过程中ꎬ初始瓦斯涌出率随钻进深度的增加而减小.此外ꎬ对于特定的钻进时间ꎬ对比不同的压力梯度下的初始瓦斯涌出量ꎬ发现初始瓦斯涌出量与压力梯度之间存在明显的正相关ꎬ即随着瓦斯压力梯度的逐渐增大ꎬ初始瓦斯涌出量也相应增大.为更直观表明钻孔初始瓦斯流量与瓦斯压力梯度之间的关系ꎬ对图２钻孔瓦斯流量曲线进行积分计算ꎬ同时为减小误差ꎬ对各个瓦斯压力梯度下流量积分取平均值ꎬ并对所求平均值进行线性拟合ꎬ结果如图３所示.图２㊀不同的瓦斯压力梯度下钻孔瓦斯流量曲线图３㊀钻孔初始瓦斯流量与瓦斯压力梯度拟合曲线由图３可得到:钻孔初始瓦斯流量与瓦斯压力梯度的函数关系式为ｑＥ＝０.３８８ΔＰ＋０.０９８.(９)式中:ｑＥ为单位面积上瓦斯涌出量ꎻΔＰ为瓦斯压力梯度ꎬＭＰａ.结合图３和式(９)可知:钻孔初始瓦斯流量与瓦斯压力梯度之间呈线性关系ꎬ两者的相关系数０４博看网 . All Rights Reserved.第１期尚延龙ꎬ等:顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度Ｒ２＝０.９９４９.此外ꎬ前人研究表明受采动影响煤巷侧帮呈 三带 分布[１５].结合图２和图３分析可知ꎬ卸压带内的煤体由于孔隙与裂隙急剧增加导致大量瓦斯释放到外界ꎬ因此卸压带煤体瓦斯压力梯度较小ꎻ在地应力的作用下ꎬ位于集中应力带内的煤体渗透率开始下降ꎬ此部分煤体含有大量的瓦斯但难以释放到外界ꎬ使得在卸压带与集中应力带交界区域煤体瓦斯压力梯度达到最大值.３ 封孔深度确定为进一步确定合理的封孔深度ꎬ本文选用现场试验的方法进行验证.试验地点为薛湖煤矿２３０６运输巷ꎬ属于薛湖煤矿二号煤层ꎬ该煤层为主采煤层ꎬ煤层平均厚度为２.２３ｍꎬ煤层结构简单且较稳定ꎬ顶板由砂质泥岩或细粒砂岩构成ꎬ底板由细粒砂岩和砂质泥岩构成.煤层瓦斯压力为１.１２~１.７３ＭＰａꎬ普氏系数为０.９４ꎬ破坏类型为Ⅱ类[１６].薛湖煤矿２３０６运输巷为原始开挖巷道ꎬ此巷道周围无断层㊁褶曲等地质构造影响ꎬ煤体暴露时间为１２０ｄ以上ꎬ该巷道应力变化趋于稳定ꎬ符合相应试验条件.基于数值模拟分析结果ꎬ本文运用线性突出预测装置(见图４)连续测定煤巷侧帮初始钻孔瓦斯流量.观察发现ꎬ钻机打钻是一个动态过程ꎬ若采用常规的密封方法ꎬ密封效果较差.密封效果直接影响测量结果的准确性ꎬ基于此ꎬ本文选取了一种新型的密封装置ꎬ该装置的特点是能够利用钻孔过程中产生的岩屑以及煤渣漏斗中的煤屑密封瓦斯气体ꎬ保证气体在钻进过程中通过流量传感器.此外ꎬ利用气体流量校准系统将采集到的数据转换为相应的初始瓦斯排放速度ꎬ实时监测和测定煤巷侧帮钻孔初始瓦斯涌出初速度的变化情况ꎬ保证测量结果的准确性.１.麻花钻杆ꎻ２.封孔装置ꎻ３.双锥体过滤筒ꎻ４.流量管ꎻ５.高速传感器ꎻ６.低速传感器ꎻ７.导流装置ꎻ８.推杆ꎻ９.料位开关ꎻ１０.煤屑漏斗ꎻ１１.定位挡板ꎻ１２.煤屑排出管ꎻ１３.手压泵ꎻ１４.主机ꎻ１５.煤电钻ꎻ１６.位移传感器.图４㊀试验装置试验过程中ꎬ首先在预定位置施工一个直径为９４ｍｍ长度为１ｍ的钻孔ꎻ再通过手压泵向封孔胶囊中注水ꎬ注水压力为３ＭＰａꎬ直至胶囊完全展开ꎻ后续安装流量传感器与位移传感器ꎬ同时运行数据接收程序ꎻ然后再改用直径为４２ｍｍ的钻杆持续钻进至２３０６运输巷采空区边缘煤层１５ｍ处ꎻ最后停止数据接收程序ꎬ运行数据处理程序.该试验过程共布置５个钻孔ꎬ孔间距为５０ｍꎬ其中１＃与２＃钻孔由线性突出预测装置进行钻进ꎬ同时实时测定钻孔初始瓦斯流量ꎻ３＃ꎬ４＃ꎬ５＃钻孔由普通钻机钻进ꎬ钻进深度与１＃和２＃钻孔保持一致.后续对各个钻孔进行不同深度的封孔处理ꎬ以判断合理的顺层钻孔瓦斯抽采封孔深度.因为巷道卸压煤体被破碎ꎬ导致地应力转移.地应力较高时ꎬ煤体骨架被压缩ꎬ张开的裂隙闭合ꎬ渗透率下降ꎬ煤体涌向钻孔的瓦斯流量减少.常见的用于测定煤巷侧帮卸压区的方法易造成试验误差ꎬ导致测量结果不准ꎬ上述试验装置配备了高－低速流量传感器ꎬ可避免相应的误差.运用该试验装置连续测定薛湖煤矿２３０６运输巷１＃和２＃钻孔１５ｍ范围的初始瓦斯流量ꎬ其结果如图５所示.由图５可知随着钻进深度增加ꎬ钻孔初始瓦斯流量呈现低 高 低的变化规律ꎬ与上述第２节卸压带与集中应力带交界区域煤体瓦斯梯度达到最大值的分析结果相吻合ꎬ图５所示峰值所处区域为卸压带与应力集中带的交界区域.１４博看网 . All Rights Reserved.矿业工程研究２０２２年第３７卷图５㊀钻孔瓦斯流量与钻进深度的变化趋势试验过程中ꎬ由于１＃钻孔打钻过程中钻进速度过快ꎬ瓦斯流量信号不能及时传到信号接收器ꎬ导致测定的卸压带宽度较大ꎬ位于９.５~１０ｍꎬ如图５ａ所示.鉴于１＃钻孔由于钻进速度产生误差ꎬ２＃钻孔在打钻时放缓钻进速度ꎬ最终测定的卸压带宽度位于９~１０ｍꎬ如图５ｂ所示.结合１＃和２＃钻孔测试的结果ꎬ最终确定薛湖煤矿２３０６运输巷的卸压带宽度为９~１０ｍ.为进一步验证所测卸压带宽度的准确性ꎬ同时检验不同封孔深度下的瓦斯抽采效果.后续继续施加３个钻孔ꎬ分别为３＃ꎬ４＃ꎬ５＃钻孔.１＃与２＃钻孔的封孔深度为１０ｍꎬ３＃ꎬ４＃以及５＃钻孔封孔深度采用国家标准最终确定为８ｍ.封孔后测定各个钻孔５０ｄ内的瓦斯抽采体积分数和瓦斯抽采量ꎬ结果如图６所示.图６㊀瓦斯抽采效果由图６可知:当封孔距离为８ｍ时ꎬ抽采瓦斯平均体积分数为２５.１３％ꎬ５０ｄ后抽采瓦斯体积分数小于２０％ꎻ当封孔深度为１０ｍ时ꎬ抽采瓦斯平均体积分数为５３.６８％ꎬ是封孔深度为８ｍ时的２倍多ꎬ且５０ｄ后抽采瓦斯体积分数依旧大于３０％ꎬ这说明封孔深度为１０ｍ时可实现瓦斯的持续性抽采.当封孔深度为８ｍ时ꎬ平均瓦斯抽采量为０.０８１ｍ３/ｍｉｎꎬ５０ｄ后瓦斯抽采量保持在０.０４９ｍ３/ｍｉｎ左右ꎻ封孔深度为１０ｍ时ꎬ平均瓦斯抽采量为０.２３３ｍ３/ｍｉｎꎬ５０ｄ后瓦斯抽采量保持在０.１８２ｍ３/ｍｉｎ附近.这说明封孔深度为８ｍ时ꎬ钻孔封孔深度未处于卸压带与集中应力带交界区域ꎬ大量气体向卸压带区域泄露.由不同封孔深度的瓦斯抽采效果来看ꎬ采用连续流量法测定的卸压带宽度基本准确可靠ꎬ可用来指导顺层钻孔瓦斯抽采.２４博看网 . All Rights Reserved.第１期尚延龙ꎬ等:顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度４㊀结论１)钻孔初始瓦斯流量与地应力㊁钻孔直径㊁钻进深度㊁钻进时间㊁煤体的物理性质以及瓦斯压力梯度密切相关ꎬ且当钻进方式与煤层确定时ꎬ影响钻孔初始瓦斯流量的主要因素为瓦斯压力梯度.２)瓦斯压力梯度确定时ꎬ钻孔初始瓦斯流量随着钻进深度的增加而增加ꎻ钻孔初始瓦斯流量与瓦斯压力梯度之间存在明显的线性关系.３)随着钻进深度的增加ꎬ钻孔初始瓦斯流量呈现低 高 低的变化规律ꎬ封孔深度为１０ｍ时可实现瓦斯的持续性抽采ꎬ验证了连续流量法所测得的卸压带宽度的准确性.参考文献:[１]ＴＡＮＧＪꎬＪＩＡＮＧＣＬꎬＣＨＥＮＹＪꎬｅｔａｌ.Ｌｉｎｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｃｏａｌａｎｄｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔｓｄｕｒｉｎｇｃｏａｌｒｏａｄｗａｙｔｕｎｎｅｌｉｎｇ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｔｕｒａｌＧａｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１６ꎬ３４:４１２－４１８.[２]王浩ꎬ左宇军ꎬ于美鲁ꎬ等.隐伏断层活化诱发石门揭煤突出的数值模拟研究[Ｊ].矿业研究与开发ꎬ２０１９ꎬ３９(６):１２６－１３１.[３]赵先伟ꎬ谢雄刚ꎬ王潞欧ꎬ等.ＦＴＡ－ＩＳＭ在煤与瓦斯突出中的应用[Ｊ].矿业研究与开发ꎬ２０１９ꎬ３９(１２):１２７－１３０.[４]ＴＩＡＮＳＸꎬＪＩＡＮＧＣＬꎬＸＵＬＨꎬｅｔａｌ.Ａｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｑｕｉｃｋｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｕｔｂｕｒｓｔ－ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏａｌｕｎｃｏｖｅｒｉｎｇ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｔｕｒａｌＧａｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１６ꎬ３０:２７６－２８３.[５]蒋承林ꎬ俞启香ꎬ张超杰.煤巷突出预测敏感指标及临界值的实验室测定方法及应用[Ｊ].煤矿安全ꎬ２０２１ꎬ５２(１０):２４－２９.[６]申宏敏ꎬ毛桃良ꎬ张雷林ꎬ等.基于钻屑理论的抽采钻孔合理封孔深度研究[Ｊ].煤矿安全ꎬ２０１４ꎬ４５(８):３９－４１.[７]王汉鹏ꎬ张玉强ꎬ袁亮ꎬ等.煤粒初始释放瓦斯膨胀能的影响规律与温度效应分析[Ｊ].采矿与安全工程学报ꎬ２０１９ꎬ３６(５):１０５２－１０６０.[８]郑伟ꎬ张仁松ꎬ张际涛.巷道 三带 分布与瓦斯抽采钻孔封孔深度计算[Ｊ].煤炭技术ꎬ２０２１ꎬ４０(７):１２２－１２５.[９]陈宾.顺煤层瓦斯抽放钻孔合理封孔深度研究[Ｊ].煤矿安全ꎬ２０１９ꎬ５０(５):１６８－１７１.[１０]程欢ꎬ李晓伟.顺层瓦斯抽采钻孔封孔长度研究[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１７ꎬ４５(９):１２８－１３２.[１１]付帅.基于钻孔气体漏失量法巷帮卸压带宽度确定研究[Ｊ].中国安全生产科学技术ꎬ２０１８ꎬ１４(１１):１２１－１２６.[１２]魏风清ꎬ刘少博.新义矿顺层抽采钻孔合理封孔深度确定和应用[Ｊ].煤炭技术ꎬ２０１４ꎬ３３(５):４６－４９.[１３]魏风清ꎬ张晋京.钻孔瓦斯涌出初速度测试深度的探讨[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２００４ꎬ１１(５):６１－６４.[１４]吴爱军.松软煤层煤巷掘进突出危险性预测的连续流量法技术研究[Ｄ].徐州:中国矿业大学ꎬ２０１１.[１５]陈亮.工作面前方煤体变形破坏和渗透率演化及其应用研究[Ｄ].北京:中国矿业大学(北京)ꎬ２０１６.[１６]田世祥ꎬ马瑞帅ꎬ邹义怀ꎬ等.钻孔瓦斯连续流量法测定煤巷卸压带宽度研究[Ｊ].中国安全科学学报ꎬ２０２０ꎬ３０(３):８２－８６.３４博看网 . 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《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》范文
《顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔参数研究》篇一一、引言随着我国对煤矿开采安全的日益重视，瓦斯灾害治理已经成为矿井安全生产的重点工作之一。
顺层瓦斯抽采技术作为瓦斯治理的重要手段，其钻孔封孔参数的合理性直接关系到瓦斯抽采效果和矿井安全。
因此，本文旨在研究顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数，以期为矿井瓦斯治理提供技术支持。
二、研究背景与意义在煤矿开采过程中，瓦斯事故频发，严重威胁着矿工的生命安全和矿井的生产安全。
顺层瓦斯抽采技术作为一种有效的瓦斯治理手段，在国内外得到了广泛应用。
然而，钻孔封孔参数的合理性直接影响到瓦斯抽采的效果和效率。
因此，研究顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数，对于提高瓦斯抽采效率、降低瓦斯事故风险、保障矿井安全生产具有重要意义。
三、研究内容与方法（一）研究内容本研究主要围绕顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数展开，包括以下几个方面：1. 钻孔封孔材料的选择与性能研究；2. 钻孔封孔深度与直径的研究；3. 钻孔封孔密度的优化研究；4. 钻孔封孔工艺的研究。
（二）研究方法本研究采用理论分析、实验室模拟、现场试验等方法，对顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔参数进行深入研究。
具体包括：1. 通过查阅文献和理论分析，了解国内外关于顺层瓦斯抽采钻孔封孔参数的研究现状；2. 通过实验室模拟，对不同封孔材料、封孔深度、封孔密度等参数进行试验，分析其对瓦斯抽采效果的影响；3. 在现场进行试验，对理论分析和实验室模拟的结果进行验证，找出合理封孔参数。
四、研究结果与分析（一）封孔材料的选择与性能分析通过对不同封孔材料的性能进行试验，发现某种新型高分子材料具有较好的封孔性能和抗老化性能，适合作为顺层瓦斯抽采钻孔的封孔材料。
（二）封孔深度与直径的研究结果研究发现，封孔深度和直径对瓦斯抽采效果有显著影响。
在一定的范围内，随着封孔深度的增加和直径的增大，瓦斯抽采效果逐渐提高。
但当超过一定范围后，瓦斯抽采效果反而会下降。
因此，存在一个合理的封孔深度和直径范围。
顺层钻孔确定合理封孔深度方法研究
收稿日期：２０１７?０９?２９作者简介：刘 军（１９８８－），男，山西洪洞人，助理工程师，从事煤矿生产技术管理工作。
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０１８．０１．０２０顺层钻孔确定合理封孔深度方法研究刘 军（霍州煤电集团李雅庄煤矿，山西霍州 ０３１４００）摘 要：确定合理的封孔深度是保障抽采钻孔封孔质量的重要环节之一，也是提高瓦斯抽采效率的关键。
根据李雅庄煤矿煤层条件及应力分布情况，基于钻屑量和钻屑瓦斯解析指标方法，确定巷道周围松动圈范围并得出顺层钻孔合理封孔深度范围。
通过现场实测数据和不同封孔深度的抽采效果验证表明，顺层瓦斯抽采钻孔封孔深度必须超过应力集中带，最后确定李雅庄煤矿顺层钻孔合理封孔深度为１２ｍ，此时单孔初始瓦斯抽采浓度提高１倍以上，大幅提高钻孔封孔质量和单孔瓦斯抽采效果，为实现瓦斯高效抽放奠定了坚实基础。
关键词：顺层钻孔；瓦斯抽采；封孔深度；钻屑法；钻屑瓦斯解析指标Δｈ２中图分类号：ＴＤ７１２．６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０１８）０１?００５２?０２ 目前，瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的主要技术手段，钻孔瓦斯抽采是主要的采用方式。
据统计，在我国，煤矿超过６５％的回采工作面顺层钻孔瓦斯抽采浓度远低于３０％，抽采效果不能满足煤矿瓦斯治理的要求。
封孔质量是影响瓦斯抽采效果的关键，而合理的封孔深度是影响封孔质量的主要因素之一。
如何确定瓦斯抽采钻孔合理的封孔深度一直是煤矿瓦斯抽采的技术难题。
以往李雅庄煤矿采用经验法和单纯实测钻屑量来测定钻孔的封孔深度，测试结果存在较大误差。
１ 顺层钻孔合理封孔深度１．１ 巷道围岩松动圈及三带划分在采掘活动影响下，煤岩体原始应力平衡状态被破坏，内部应力重新分布，煤岩体结构遭到破坏，发生破裂变形，这种破坏逐步向深部扩展，形成巷道围岩松动圈，此时巷道周边煤岩体处于二向应力状态，煤岩强度较大幅度下降，随着深度增加直到达到新的三向应力平衡状态为止，这时由外到内依次形成卸压带、应力集中带和原始应力带（简称为巷道“三带”）。
顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度
顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度
尚延龙;谢雄刚;马瑞帅;苏伟伟
【期刊名称】《矿业工程研究》
【年(卷),期】2022(37)1
【摘要】为确定顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度,基于实际地质条件,运用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对薛湖煤矿2306运输巷侧帮卸压带范围及合
理顺层钻孔瓦斯抽采封孔深度进行研究.研究结果表明:钻孔初始瓦斯流量与地应力、钻孔直径、钻进深度、钻进时间、煤体的物理性质以及瓦斯压力梯度密切相关,且
当钻进方式和煤层确定时,影响钻孔初始瓦斯流量的主要因素为瓦斯压力梯度;当瓦
斯压力梯度确定时,随着钻进深度的增加,钻孔初始瓦斯流量也逐渐增加,且钻孔初始瓦斯流量与瓦斯压力梯度之间存在明显的线性关系;数据显示封孔深度为10 m时
可实现瓦斯的持续性抽采,而连续流量法测得的卸压带宽度为0~10 m,验证了连续
流量法所测得的卸压带宽度的准确性.
【总页数】7页(P37-43)
【作者】尚延龙;谢雄刚;马瑞帅;苏伟伟
【作者单位】贵州大学矿业学院
【正文语种】中文
【中图分类】X936
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2016 年第 1 期
在 304 工作面回风巷道距切眼 600m 处选择 8
个地点进行试验，每个测点用直径为 42mm 的麻花
钻杆钻机施工顺煤层钻孔，单孔深度为 12m。开钻
后每钻进 1m，风钻要空钻几十秒，尽可能地排出
钻屑，使用弹簧秤对塑料编织袋里的钻屑称重； 每
钻进 2m 时，用筛子迅速筛分出 1 ～ 3mm 粒径的煤
道高 × 宽 = 3. 0m × 3. 6m。考虑巷道围岩变形影响
t 范围，并留有一定的边界影响区域，模型尺寸确定 网 e 为长 （ x） × 宽 （ y） × 高 （ z） = 10m × 40m × 刊 j.n 30m，划分 23200 个单元，共 26978 个节点。模型
上部边界为应力边界，施加载荷大小为上覆岩层自
内，在孔口负压的作用下，钻孔可通过巷道掘出后 区范围，但同时又要小于巷帮应力峰值点的深度。
形成的松动圈内的宏观裂隙与巷道空间形成回路从 而出现连通漏气，这就会导致巷道内瓦斯浓度超限 而抽采管路内瓦斯纯量大幅降低［5 － 6］。若封孔深度 较长，不仅会浪费封孔材料，还会导致从松动区边
1 矿井概况
亭南煤矿地处陕西省彬长矿区中部，井田东西 长 11. 3km，南北宽 5. 1km，面积约 33. 85km2 ，设
界到封孔段末端一带的煤体瓦斯抽不出，从而形成 计生产能力 3. 0Mt / a。井田内唯一可采煤层为 4 号
［收稿日期］ 2015 － 07 － 01
［DOI］ 10. 13532 / j. cnki. cn11 － 3677 / td. 2016. 01. 027
［基金项目］ 国家科技重大专项资助项目 （ 2011ZX05040 － 005） ； 长江学者和创新团队发展计划资助项目 （ IＲT1235） ； 河南理工大学博士基
此，确定瓦斯抽采钻孔合理封孔深度是保证瓦斯抽 压的状况［8］。所以，确定钻孔合理封孔深度的原
采效果的关键，而分析巷道 “三带” 分布范围则 是确定封孔深度的关键［2 － 4］。
则就是既要最大程度地抽出煤层中的瓦斯，又要有 利于瓦斯抽采及煤层卸压［9 － 11］。即瓦斯抽采钻孔
前人研究表明，若封孔深度较短且处在卸压区 合理封孔深度是应该超出巷道两帮的卸压带或塑性
国 .c 据统计，我国约有 65% 的回采面顺层瓦斯抽 中 w 采钻孔的预抽瓦斯浓度小于 30%［1］。瓦斯抽采主 w 要靠打钻和封孔来完成，而封孔是瓦斯抽采的重要 w 环节，其中封孔深度对瓦斯抽采具有重要影响。因
抽采盲区，为矿井以后的生产、管理留下安全隐 患［7］。若封孔段超过巷帮应力集中峰值点的深度， 则峰值点区域将会形成一个应力屏障，从而阻隔两 侧煤体瓦斯的流动，形成不利于瓦斯抽采和煤体卸
隙，塑性区内顶板岩层受力平衡状态遭到破坏，围
岩发生位移变形，寻求新的应力平衡，在顶板上方
形成了暂时平衡的岩石松动圈。由图 2 和图 3 可
知，在煤巷的两帮、顶板和底板一定范围内，均出
现了应力降低区域，煤巷两帮 0 ～ 6. 1m 为垂直应
图 4 S，K1 随钻孔深度变化趋势
102
黄致鹏等： 全煤巷道顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究
细砂岩 7. 729 5. 912 23. 26 7. 438 7. 558 47
中 w 中细粒砂岩 5. 358 3. 224 25. 68 3. 524 3. 526 46
灰泥岩 4. 559 3. 456 25. 48 4. 158 3. 251 35
w 4 号煤层 2. 682 1. 619 18. 12 0. 649 1. 436 31
Ｒeasonable Sealing Length of Gas Extraction Borehole in Full Coal Ｒoadway
HUANG Zhi-peng1 ，WEI Guo-ying1，2，3
（ 1. College of Safety Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003，China；
第 21 卷 第 1 期 （ 总第 128 期） 2016 年 2 月
煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY
Vol. 21No. 1 （ Series No. 128） February 2016
全煤巷道顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究
黄致鹏1 ，魏国营1，2，3
（ 1. 河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作 454003； 2. 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家 重点实验室培育基地，河南 焦作 454003； 3. 煤炭安全生产河南省协同创新中心，河南 焦作 454003）
粉，立即放入 WTC 型瓦斯突出参数仪进行测试。
钻屑量 S、钻屑瓦斯解吸指标 K1测试结果与钻孔深
度关系分别见表 2 和表 3。
表 2 钻屑量 S 测定结果
kg / m
钻孔深度 /m 孔号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
力降低区域，6. 1 ～ 18. 2m 为垂直应 力 集 中 区 域， 在 8. 9m 的位置达到了应力峰值。
图 1 围岩塑性区分布
2 顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度的确定
2. 1 巷帮应力分区数值模拟研究
根据 亭 南 煤 矿 4 号 煤 层 的 地 质 条 件 建 立
FLAC3D数值模拟模型。4 号煤层选择矩形巷道，巷
101
总第 128 期
煤矿开采
2016 年第 1 期
煤层，位于含煤岩系的最下部，平均厚度 8. 29m， 赋存稳定，结构简单。受区域构造影响，井田范围 内构造特征以褶曲为主，断层稀少。含煤地层沿走 向、倾向的产状变化不大，倾角 2 ～ 3°。亭南煤矿 属高瓦斯矿井，其相对瓦斯涌出量 17. 43m3 / t，绝 对瓦斯涌出量 81. 96m3 / min。4 号煤层平均瓦斯含 量 4. 62m3 / t，煤 层 透 气 性 系 数 为 0. 22 ～ 0. 73m2 / （ MPa2 ·d） 。矿井采用本煤层采前预抽、隅角埋管 抽采、高抽巷结合高位钻孔抽采等瓦斯综合治理方 案来解决日益严峻的瓦斯问题。
不同［12］。因 此， 通 过 向 巷 帮 打 钻 的 方 法， 测 量 不 同深度的钻屑量 S 和钻屑瓦斯解吸指标 K1，根据 其变化趋势可推算出巷帮 3 个应力分区的范围。不 同区域的钻屑量 S，K1与钻孔深度关系总体变化趋 势大致相同，见图 4。
顶、底板和两帮都出现了不同程度的塑性破坏，此
时煤巷两帮在塑性区范围的煤体会产生大量的裂
该超出巷帮的卸压带或塑性区范围，但同时又应小于应力峰值点的深度。最终确定亭南矿顺层瓦斯抽
采钻孔的合理封孔深度为 9m。
［关键词］ 顺层钻孔； 抽采瓦斯； 合理封孔深度； 钻屑量； 钻屑瓦斯解吸指标
［中图分类号］ TD712 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1006-6225 （ 2016） 01-0101-04
a roadway excavation. And using the Tecplot software to extract of the roadway coal and rock vertical stress values，and finally get the 期 c stress distribution curve away from roadway at different depths after fitting. According to drilling bits amount，cuttings gas desorption a indexmethod field data，to determine the scope of the seam roadway three stress partition. Through the effect of extraction proof bed炭 in ding reasonable sealing gas drainage drilling depth should be beyond the scope of relief with or plastic zone of two sides roadway，but
t 2. State Key Laboratory Cultivation Base for Gas Geology and Gas Control （ Henan Polytechnic University） ，Jiaozuo 454003，China； 网 e 3. The Collaborative Innovation Center of Coal Safety Production of Henan，Jiaozuo 454003，China）
金资助项目 （ B2010 － 71） 。
［作者简介］ 黄致鹏 （ 1991 － ） ，男，河南信阳人，在读硕士研究生，主要从事瓦斯地质理论及瓦斯灾害防治技术研究。
［引用格式］ 黄致鹏，魏国营 . 全煤巷道顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究 ［J］． 煤矿开采，2016，21 （ 1） ： 101 － 104，100.
［摘 要］ 为了提高亭南矿顺层钻孔抽采瓦斯的效率，基于合理封孔 深 度 的 重 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 性，采 用 FLAC3D 模拟煤巷开挖后围岩塑性区、垂直应力分布情况，并用 Tecplot 软件提取巷帮煤岩垂直应力数
值，拟合后得到距巷帮不同深度的应力分布曲线。根据钻屑法、钻屑瓦斯解吸指标法现场实测数据，
确定出全煤巷道 3 个应力分区的范围。通过抽采效果验证，证明顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度是应
also less than the peak stress point roadway depth. So the rational borehole sealing depth of Tingnanmine is 9m.