本煤层瓦斯抽放钻孑L布置间距的优化方法

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ｐＭＨＷ
即以抽出率作为指标，确定钻孔布置间距的理
论方程式为：
日：与学
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式中叼——预抽瓦斯率，％。 其它符号意义同上。
３应用实例
皖北煤电集团孟庄煤矿地质构造复杂，瓦斯问 题严重，１９９６—１９９７年间，矿井共发生７次煤与瓦 斯突出动力现象，最大突出煤量１９ ｔ，２００５年经省发 改委批准为煤与瓦斯突出矿井。由于孟庄矿已经进 入到一７００ ＩＴＩ以下深部开采，矿井瓦斯涌出量明显 增大，因此，现阶段怎样进一步做好矿井瓦斯抽放工 作，如何提高煤层瓦斯预抽率，增加预抽量，已经成 为矿井安全生产中需要亟待解决的问题。 ３．１ 顺层钻孔瓦斯抽放效果考察
量，Ｉｌｌ３／（ｒａｉｎ·ｈｍ）； ｚ——钻孔长度，１７１；
卜一抽放时间，ｄ。
而钻孔单孑Ｌ控制范围内煤体瓦斯储量Ｑ日为：
ＱＨ＝ｐＭ【ＨＷ
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（、４）
式中ｐ——煤的密度，ｔ／ｍ３；
卜钻孔间距，ｍ； Ｍ——煤层平均厚度，ｍ；
弘一煤层原始瓦斯含量，ｍ３／ｔ。
７１瓴ＱｃＱ：喾 则经￡（ｄ）时间瓦斯抽出率７７应为： ｆ墚ｇ（￡）ｄ￡ （”５。）
４结论
（１）分析钻孔抽放瓦斯效果的影响因素可知， 通过增大钻孔孔径和提高抽放负压来增加瓦斯抽放 率其效果不佳，对于本煤层瓦斯抽放参数设计，以合 理确定钻孔布置间距最为重要。
（２）根据钻孔瓦斯流量衰减规律方程，以抽出 率作为指标，建立了本煤层瓦斯预抽钻孔布置间距 的理论方程式。
（３）通过对皖北孟庄煤矿Ⅳ３１１工作面顺层钻 孔试验数据的考察分析，根据瓦斯预抽钻孔布置间
煤矿安全（２００９—０３）
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本煤层瓦斯抽放钻孑Ｌ布置间距的优化方法
于宝海１’２，凌志迁１’２，刘国忠１’２ （１．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州２２１００８；２．煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州２２１００８）
摘要：分析钻孔抽放瓦斯效果的影响因素表明，在设计钻孔抽放瓦斯参数时，以合理确定钻孔 布置间距最为重要。提出了本煤层瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法，并根据钻孔瓦斯流量衰
３Ｉ 要求等。最近研制出１ Ｐ）Ｋ一万能乳化液，经过化验和实际应用得到很好的效果。
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摘自（ＹｒＯ］Ｉｂ ＹＫＰＡＨＨＢＩ） ２００８ Ｎｏ．６ ＃
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正一ｈ 叩一Ｒ一‰
式中Ｑ——钻孔瓦斯流量，ｍ３／ｄ； Ｍ——煤层厚度，ｍ；
Ａ——煤层透气性系数，ｍ２／（ＭＰａ２·ｄ）；
Ｐ。——煤层原始瓦斯压力，ＭＰａ；
Ｐ，。——钻孔内瓦斯压力，ＭＰａ；
ｐ标——标准大气压力，０．１ ＭＰａ； Ｒ——钻孔抽放半径，ｍ；
ｒ０——钻孔半径，ｍ。
２瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法
２．１ 钻孔瓦斯流量衰减规律
根据煤层瓦斯流动理论可知，当流动性质为非
稳态时，钻孑Ｌ瓦斯流量随着时间的延长呈衰减规律
而变化。钻孔瓦斯流量的变化规律基本上符合负指 数方程旧Ｊ，即：
ｑ（￡）＝ｑｏｅ“
（２）
式中 ｑ（ｔ）——百米钻孔瓦斯流量，ｍ３／（ｒａｉｎ·
·２６·
煤矿安全（Ｔｏｔａｌ ４１２）
：； 液；ＨＦＣ一以聚乙二醇类代替采煤机液压系统用的石油。乌克兰煤矿采用ＨＦＡ型的耐火工作液 ｂ ｊ 体。１９９６年，科研部门根据乌克兰煤炭部要求，制定出耐火工作液体的要求和其性质。其中有耐 ￡
：ｌ 火工作液体中水的乳化要求；对乳化液的乳化作用和稳定性的要求；对保持稳定性持续时间的要 ＃
ｊ 求；耐火工作液体的摩擦性要求和防腐要求；对非金属结构材料作用的要求；对操作人员伤害作用 ｌ
表１风巷ｌ一３号试验钻孔百米瓦斯流量统计值 １０以ｎ１３·（ｍｉｎ．ｈｍ）一
３．２钻孔布置间距的优化确定 对表ｌ试验钻孔考察数据进行回归拟合分析，
如图１，可得钻孔瓦斯流量衰减指数方程为： ｑ（ｔ）＝０．０２４ ４ｅ加·叭４ ４‘
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抽放时问／ｄ
图１ 百米钻孔瓦斯流量变化曲线图
孟庄矿Ⅳ３１ｌ工作面煤体密度Ｐ＝１．４０ ｔ／ｍ３， 煤层厚度Ｍ＝２．４ ｒｉｌ，煤层瓦斯含量Ｗ＝８．８７８ ＩＴｌ３／
ｔ；预测工作面正常回采期间，工作面绝对瓦斯涌出
量将＞１０ ｍ３／ｍｉｎ，根据《煤矿瓦斯抽采基本指标》
（ＡＱｌ０２６—２００６）的规定要求，工作面抽采率应≥ ３０％Ｃ４）。因此，由公式（６）可求得钻孔布置间距与
参考文献：
［１］余长林．提高低透气性煤层钻孔抽放瓦斯量的途径 ［Ｊ］．煤矿安全，１９９９（５）：３５—３６．
［２］李海涛．采空区瓦斯抽放参数的优化［Ｄ］．阜新：辽宁 工程技术大学，２００５．
［３］ 张铁岗．矿井瓦斯综合治理技术［Ｍ］．北京：煤炭工业 出版社，２００１．
［４］ＡＱｌ０２６—２００６，煤矿瓦斯抽采基本指标［ｓ］．北京：煤 炭工业出版社，２００６．
孟庄煤矿Ⅳｌ采区采用顺层钻孔预抽本煤层瓦 斯。为摸清适合于Ⅳｌ采区本煤层瓦斯抽放的参 数，优化顺层钻孔的抽放效果，在Ⅳ３１１工作面风巷
万方数据
煤帮打试验顺层钻孔３个，设计钻孑Ｌ直径多９ Ｊ ｍｍ， 孔深４０ １２１，间距１５ ＩＴＩ，并立即挂网抽放，抽放负压为 １３ ｋＰａ。２００７年２—５月对钻孔瓦斯流量和浓度进 行数据考察，其百米钻孔月平均瓦斯流量如表１所 示。
从式（１）可以看出，加大钻孔孔径能起到增加 瓦斯抽放量的效果。假定当钻孔抽放瓦斯半径为
万方数据
１０ ｍ，其他参数不变，孔径从０．１ ｍ增大到ｌ ｍ时， 钻孔的瓦斯流量变化为ｑ／ｑ。＝Ｉｎ（１０／０．１）／Ｉｎ（１０／
１）＝２。
上述表明，孔径增大１０倍，钻孔瓦斯流量才增 加２倍，因此，增加钻孑Ｌ孔径来提高瓦斯抽放量是很 有限的。实际上增大钻孔孔径目前在钻进工艺上也 较难实现。
距的理论方程式，推算得出了工作面顺层钻孑Ｌ布置 间距与本煤层瓦斯预抽期的对应关系。
（４）对皖北盂庄煤矿Ⅳ３１１工作面顺层钻孔预 抽瓦斯效果进行验证，其结果为：经过６个月预抽 期，工作面瓦斯预抽率达到了３１．３％，可解吸瓦斯 含量降至６．０９９ ｍ３／ｔ，满足瓦斯抽采指标可解吸瓦 斯含量８ ｍ３／ｔ以下标准，工作面基本消除了煤与瓦 斯突出危险性。
减规律方程，以瓦斯抽出率作为指标，建立了相关的理论方程式。现场应用效果表明，该方法对
于指导钻孔抽放参数设计具有广泛的应用价值。
关键词：瓦斯抽放；钻孔布置间距；抽放效果
中图分类号：ＴＤ７１２＋．６
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００３—４９６Ｘ（２００９）０３—００２５—０３
预抽煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出，减少采场 瓦斯涌出量的主要措施。根据《煤矿瓦斯抽采基本 指标》（ＡＱｌ０２６—２００６）规定，不同矿井、不同煤层要 求达到不同大小的瓦斯抽采率指标。由于在规定预 抽期内，煤层瓦斯抽采率大小决定于抽放钻孔的设 计参数，特别是钻孔的布置间距大小最为重要，因 此，分析优化抽放钻孔布置间距，从而保证煤层在预 抽期内达到预定的抽采率，具有十分重要的意义。
作者简介：于宝海，男，江苏江都人，硕士，助教，从事矿 井通风与安全工程方面的研究。
（收稿日期：２００８—０８—０４；责任编辑：王福厚）
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； ．国外煤矿安全信息．
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乌克兰采矿设备用耐火工作液体的现状和发展前景
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１ 钻孔抽放瓦斯效果的影响因素
理论研究表明，钻孔抽放本煤层瓦斯属于径向 不稳定流动，在瓦斯流动时间较长时，钻孔稳定的瓦 斯流量基本上与煤层原始瓦斯压力和钻孔内瓦斯压 力平方差成正比，与煤层透气性系数入成正比，与 钻孔半径的１／３～１／５次方成正比。根据煤层瓦斯 流动特性，当流动为稳定流时，钻孔瓦斯径向流动的 表达式为…：
从表２可以看出，当钻孔布置间距取２．７６ ｍ
煤矿安全（２００９一０３）
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时，本煤层预抽期需要６个月，其预抽率达到３０％。 因此，确定优化后的顺层钻孔布置间距取２．５ ｍ较 为合适。 ３．２优化后的顺层钻孔预抽瓦斯效果
根据Ⅳ３１ ｌ工作面顺层钻孔布置间距优化结 果，进行钻孔抽放参数设计施工顺层钻孑Ｌ并挂网抽 放。经过６个月预抽期，对Ⅳ３１ｌ工作面进行消突 评价，其结果为：瓦斯预抽率达到了３１．３％，可解吸 瓦斯含量降至６．０９９ ｍ３／ｔ，满足瓦斯抽采指标可解 吸瓦斯含量８ ｍ３／ｔ以下标准，工作面基本消除了煤 与瓦斯突出危险性。
钻孔抽放时间的关系式：
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一
Ⅳ：１．７６
Ｉ口（ｔ）ｄｔ＝０．０４
３
ｆ
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ｅ加＿０１４
（７）
由‘
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根据式（７）求得顺层钻孔不同预抽期所对应的 钻孔布置间距如表２所示。
表２钻孔间距与抽放时间的关系
带ｄ时３０ ６０ ９０ １２０ １５０ １８０ ２ｌｏ ２加２７０ ３００
铆１．０５ １．７３ ２．１７ ２．４６ ２．６５ ２．７６ ２．８４ ２．９０ ２．９３ ２．９５
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耐火工作液体是采矿设备的主要部分。它把机械作业力从动力机传送到机械执行部分。采 ｔ
ｉ 矿设备的工作适应性、可靠性、耐久性和生产效率取决于耐火工作液体的性质。耐火工作液体影 Ｅ
ｊ 响到作业安全、人员健康、生态环境、采煤的经济状况。例如，机械化液压支架工作液体的耗量决 ￡ ：Ｉ－Ｉ 定着支架的类型、耐磨性、机械操作水平，其吨煤消耗量为１．２５—１０ Ｌ。按欧盟发达国家采用的分 ＃ ｊ 类，耐火工作液体分３种类型：ＨＦＢ一机械化支架的液压系统；ＨＦＡ一液压离合器用的返复用乳状 Ｅ
ｈｍ）；
口。——钻孔的初始瓦斯流量，ＩＴｌ３／ｍｉｎ；
ａ——钻孔瓦斯流量衰减系数，ｄ～。
２．２钻孔布置间距理论方程式建立
根据钻孔瓦斯流量衰减规律方程式（２），推算
经ｔ（ｄ）时间单孔抽放的瓦斯总量为：
Ｄｃ＝ｒ酱ｌｑ（州ｃ
（３）
式中Ｑ。——经￡（ｄ）时间单孔抽放的瓦斯总量，
１
ＩＴＩ；
ｑ（￡）——百米钻孔经ｔ日排放时的瓦斯流
另外，通过提高抽放负压来增加抽放率其效果 也不大。根据式（１）可知，由于Ｑ与（Ｐ：一ｐ２，。）成正 比，而煤层原始瓦斯压力相比钻孑Ｌ内瓦斯压力较大， 因而即使抽到真空，也不能产生较显著的效果。
实践证明，对于预抽煤层瓦斯，钻孑Ｌ布置间距对 抽放瓦斯效果及抽放成本最为关键旧１。而钻孔布 置间距与钻孔的有效抽放半径有关；有效抽放半径 随抽放时间的延长而逐渐增大，当时间达到某一临 界值时，则达到极限抽放半径。若２个钻孔间距超 过极限半径的２倍，则无论怎样延长抽放时间，钻孔 之间煤体中的瓦斯总有一部分抽不出来。而钻孔布 置过于密集时，钻孔在抽放过程中容易串孔，且打钻 成本显著增加。因此，对于本煤层瓦斯抽放参数设 计，以合理确定钻孔布置间距最为重要。
万方数据