钻孔孔径对预抽煤层瓦斯效果的考察分析

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  在各种煤矿灾害中,瓦斯灾害是我国煤矿安全生产的最大灾害,我国是煤与瓦斯突出灾害最为严重的国家。因此,采取有效的措施治理煤矿瓦斯灾害尤其是煤与瓦斯突出灾害,对于保障矿井的安全生产具有重要的意义。预抽煤层瓦斯是区域防突的两种基本措施之一,但影响钻孔预抽煤层瓦斯效果的因素较多,且不同矿井的实际生产条件不同,需要结合矿井的实际条件制定符合本矿井的钻孔瓦斯抽采参数。本文结合青龙煤矿的具体情况,现场考察了钻孔孔径对预抽煤层瓦斯效果的影响。
  1、矿井概况
  1.1煤层赋存状况。青龙煤矿位于贵州省毕节市黔西县,属煤与瓦斯突出矿井, 核定生产能力120万t/a,绝对瓦斯涌出量165.56m3/min,相对瓦斯涌出量80.65m3/t。矿井可采煤层为16、17、18号煤层,M16煤平均厚度为2.88m;M17煤平均厚度为1.2m(M17煤部分地点缺失),该煤层属于不稳定煤层;18煤平均厚度为3.18m。16、18煤属于较煤层稳定。16煤层最大瓦斯含量为19.5m3/t;17煤层最大瓦斯含量为13.5m3/t;18煤层最大瓦斯含量为24.4m3/t。
  1.2现行瓦斯治理措施。随着煤矿开采深度增加,煤层瓦斯含量及煤层瓦斯压力增大,瓦斯治理时间长,治理瓦斯任务不断加重。该矿在瓦斯治理的過程中始终采取多措并举,不断探索,寻求有效的瓦斯治理体系和技术。目前在我矿主要采取以下措施进行瓦斯治理,取得了较好的瓦斯治理效果:a、开采保护层,利用上保护层开采治理下邻近层瓦斯。b、穿层、顺层钻孔预抽煤层瓦斯。
  2、钻孔孔径对预抽煤层瓦斯效果的影响
  2.1现场设计情况。为了考察钻孔孔径对预抽煤层瓦斯的影响,在青龙煤矿11613底抽巷设计一组孔径为75mm钻孔,设计7个钻孔,终孔间距为6m;一组孔径为113mm钻孔,设计5个钻孔,终孔间距为8.5m,对两组钻孔抽采参数进行比较。钻孔设计布置图如下所示:
  图1 75mm孔径钻孔设计布置图
  图2 113mm孔径设计钻孔布置图
  75mm钻孔采用ZDY-750钻机进行施工;113mm采用ZDY-3200S或ZDY-3500型钻机进行施工。
  2.2钻孔孔径对瓦斯抽采浓度及瓦斯抽采量的影响。对不同钻孔孔径的瓦斯抽采浓度进行考察,考察结果如下:
  从图3中的对比可以看出,113mm孔径的钻孔抽采的瓦斯浓度较高,且能维持长时间的高浓度瓦斯抽采;75mm孔径的钻孔瓦斯抽采浓度较低。从瓦斯抽采浓度方面进行分析,可得施工113mm孔径的钻孔好于施工75mm孔径的钻孔。对不同钻孔孔径的瓦斯抽采量进行考察,考察结果如下:
  从图3中的对比可以看出,113mm孔径的钻孔抽采的瓦斯量较大,且能维持长时间高瓦斯量抽采;75mm孔径的钻孔瓦斯抽采量较小。从瓦斯抽采量方面进行分析,可得施工113mm孔径的钻孔好于施工75mm钻孔的孔径。
  3、矿井2013-2014年高负压瓦斯抽采量情况
  通过在11613底抽巷对大孔径与小孔径实验后,青龙煤矿从2013年11月开始全面施工大孔径钻孔,如下图:
  从2013年11月开始施工大孔径钻孔,钻孔终孔孔径从Φ75mm加大到Φ94mm、Φ113mm终孔。矿井采用大孔径施工以前,地面高负压抽采瓦斯浓度维持在24%,抽采纯流量维持在62m3/min;随着钻孔大孔径终孔技术的运用,矿井高负压抽采瓦斯浓度、纯流量逐步稳定上升。至2014年11月份以来,矿井高负压抽采瓦斯浓度维持在30%以上,抽采纯流量维持在95m3/min;通过矿井抽采主管路抽采参数的全面分析,以及采取大孔径钻孔施工工艺,矿井瓦斯抽采浓度、抽采纯流量出现明显升高,矿井高负压主管路瓦斯浓度提高6%左右,抽采纯流量提高了33m3/min,大大提高了瓦斯抽采效率,为瓦斯治理提供了安全保障。
  4、结论
  从钻孔瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量、两个方面考察了不同钻孔孔径的瓦斯抽采效果,均可得出113mm孔径的钻孔瓦斯抽采效果优于75mm孔径的瓦斯抽采效果,并且减少钻孔施工个数,从而缩短了区域瓦斯治理时间;通过对2013-2014年矿井瓦斯抽采情况分析,采用大孔径钻孔施工明显优于小孔径钻孔施工。根据实际情况增大钻孔孔径能更换满足瓦斯治理需要,保证瓦斯治理效果。
  (作者单位:贵州能源开发有限公司)
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