605高位钻孔参数与瓦斯抽放效果关系的探究dee69e8c284ac850ad02424b

1605高位钻孔参数与瓦斯抽放效果关系的探究摘要：瓦斯抽放除了管理、技术和设备等处于最佳状态外，钻孔参数的优化是提高抽放效果的核心因素。因此对钻孔参数的优化在高位裂隙抽放中就显的异常重要了。本文介绍并分析了一号煤矿605工作面进行采煤面上隅角顶板高位钻孔瓦斯抽放设计所采用的机理及抽放钻场、钻孔的布置和施工原则,总结出了钻孔参数求算的一般方法,进而对“两带”高度进行测定，并利用各钻孔的曲线图走势、坡度进行分析哪些孔的抽放效率较高、抽放效果好,为提高和优化了瓦斯抽放参数设计提供依据,有效消除了设计中的盲目性和人为失误,为矿井进行瓦斯抽放设计的总结经验,同时也为其它类似工程设计提供了借鉴和参考。关键词：高位钻孔抽放原理参数优化数据分析1高位抽放的原理煤层与岩层中的瓦斯存在方式有两种：吸附态、游离态。在非采动区域内二者达到一种平衡状态。但是在受采动影响时，煤体结构遭到破坏，煤层或岩层内原来的瓦斯赋存状态发生改变，原始裂隙扩张，后生裂隙大量形成，煤层透气性系数成倍增加。这时综采工作面及上隅角瓦斯浓度就会增加，如果在裂隙带内布置抽放孔，在煤壁支撑影响区，解吸的游离瓦斯在较高压力的作用下，将沿着垂直裂隙连续汇聚到抽放孔内。高位钻孔是在回风巷内向煤层顶板施工的钻孔，该技术顶板裂隙带2瓦斯抽放技术。它主要是以回采工作面采动压力形成的顶板裂隙作为通道，能抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯，截断涌入工作面的瓦斯。达到瓦斯治理的目的。1.2“三带”简述回采工作面周围存在一个采动压力场，该压力场及其影响范围内在垂直方向上形成三个带：冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。在距开采煤层很近、冒落带内的煤层，将随顶板的冒落而冒落，瓦斯完全释放到采空区，这类煤层很难进行邻近层抽放。裂隙带内的煤层发生弯曲、变形，形成采动裂隙，并由于卸压，煤层透气性系数显著增加。瓦斯在压差作用下，大量流向开采煤层的采空区。所以，邻近层距开采煤层越近，流向采空区的瓦斯越大。裂隙带则可抽高浓度瓦斯，采动对煤层瓦斯解吸及顶板内瓦斯运移的控制，为裂隙带抽放高浓度瓦斯创造了条件。1.3“O”型圈理论从理论上认为采动对上覆岩层造成的裂隙，可分为竖三带和横三区。随工作面推进，三带和三区也向前移动。这一规律影响煤岩层泄压，瓦斯流动，储存和聚积。随工作面的推进，顶板垮落，采空区的岩层出现由稳定到不稳定，再到稳定的过程。但由于工作面采空区四周煤壁的支撑，此种冒落整体形成老顶及上覆关键岩层的O-X型破裂。采动裂隙分布的实验研究表明：两带(裂隙带和冒落带)裂隙在煤柱边缘都以一定的向内倾角向上发展，其形态成梯形。沿倾向向上、下煤柱侧的裂隙边界与煤层夹角和上覆岩层的破裂角相近，裂隙发育3区基本处于此裂隙边界向采空区内部一个或几个周期来压步距内(表现在钻孔参数上为钻孔终点距回风巷垂直投影距离和距工作面的垂直投影距离)。随工作面推进及周期来压，在工作面中部的采动裂隙基本被压实，但在工作面四周煤柱的侧向离层裂隙将保持下来，从而在采空区形成一连通的裂隙发育区，称之为采动裂隙O型圈，是采空区瓦斯聚积、流动、储存的通道。工作面顶板瓦斯抽放钻孔就布置在O型圈裂隙带内。采煤工作面顶板垮落示意图2高位钻孔的参数2.1邻近层的极限距离邻近层抽放瓦斯的上限与下限距离，应通过实际观测，按上述三带的高度来确定。上邻近层取冒落带高度为下限距离，裂隙带的高度为上限距离。下邻近层不存在冒落带所以不考虑上部边界，至于下部边支撑影响区裂隙发育区重新压实区冒落带裂隙带弯曲下沉带形圈进风巷回风巷邻近巷ABC4界，一般不超过60-80米。2.2钻场位置根据一号煤矿的几年打钻的经验来看，高位裂隙钻场抽放一般位于开采煤层的回风巷内或工作回风巷的邻近巷道内。钻场位于回风巷的优点是钻孔长度比较短，抽出的瓦斯比较多；可以减少工作面上隅角瓦斯积聚；打钻和铺设不影响运输；抽放系统发生故障时，对回采影响较小，回风巷内气温较稳定，瓦斯管内凝结的水分比较少。2.3钻场或钻孔间距决定钻场或钻孔之间距离的原则是：工程量小，抽出瓦斯多，且不干扰生产。根据黄陵一号煤矿几年的打钻经验来看，瓦斯钻场间距为60米较为合理。钻孔开口间距一般为1米。而钻孔落点间距则视瓦斯涌出情况来定。2.4钻孔角度钻孔角度指它的仰角和偏角，钻孔角度对抽放效果影响很大。抽放上临近层时的仰角，应使钻孔通过顶板岩石的裂隙进入临近层充分卸压区，仰角太大，进不到充分卸压区，抽出的瓦斯浓度虽然高，但流量小；仰角太小钻孔中段将通过冒落带，钻孔与采空区沟通，必将抽进大量空气，也大大降低了抽放效果。本文就是对605工作面五个钻场各个钻孔参数及其抽放的瓦斯含量来确定该工作面的较合理的钻孔角度。2.5孔径、深度、抽放负压孔径对瓦斯抽出量的影响不是很大，而深度则对抽放效果影响很大，5深度不够，打不到裂隙带，不能抽出高浓度瓦斯。深度太深，打到弯曲下沉带，也不能解决工作面瓦斯问题。抽放负压对抽放影响严重，一号煤矿的抽放负压一般在0.04兆帕左右。3数据分析3.1整理605工作面钻孔原始数据黄陵一号煤矿井田范围内仅有一层煤可采，煤层编号为2#煤层，平均可采厚度2.17m，属中厚煤层。煤厚较稳定，煤层结构由简单到较复杂型，605工作面位于黄陵一号煤矿六盘区，工作面走向为3000米。通风方式为U型通风。钻场布置如图：北二回风巷北二皮带巷北二轨道巷瓦斯抽放硐室607回风顺槽605回风顺槽605进风顺槽605高位抽放钻场布置图本文抽样对2010年元月19日——2010年元月29日11天的数据进行整理，共测五个钻场（25#、26#、27#、28#、29#）每个钻场9个钻孔，每个钻场的钻孔参数设计一致，每个钻场的钻孔参数各部相同，如下表：6钻孔参数编号夹角°仰角°孔深（米）‘10°21.3°96‘2左偏10°20.95°98‘3左偏20°20.3°101‘4左偏30°18.8°108‘5右偏10°20.95°98‘6右偏20°20.3°101‘7右偏30°18.8°108‘8右偏35°15°110‘9右偏40°10°110对这50个钻孔瓦斯浓度测量，下面是基础数据：605高位瓦斯基础数据统计19日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#4420.83.845.618.518.58826#13.55600207.727#10013.21.41.81.428#0.80.803.41.21.24.4151529#772105.63.73.63.6均值6.3255.366.72.0414.29.77.147.17605高位瓦斯基础数据统计20日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#1224.4151840942501026#1064.558362.41.21527#4.2181.4285228#1.520108443229#12.81.21.61465025均值9.0757.567.829.6815.511.211.2812.246.8605高位瓦斯基础数据统计21日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#55203.546.218.818.89.59.526#3.856.26.21.2157.87.87.827#7.37.31.8223.52.82328#0021.814.214.2510.710.729#3.33.32.52.55.843.41.61.6均值3.884.126.53.213.8811.17.566.326.527605高位瓦斯基础数据统计22日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#38286551014121026#2.26101232055527#44101.61.6528328#1.203518122.4151629#62.444.685522均值3.284.08115.8417.1210.45.688.47.2605高位瓦斯基础数据统计23日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#5515.43.6402222101026#4.267.87.81.81655527#6.86.822.52.5432.3528#552415153.6121229#33.855.244.53.233均值4.85.326.444.6212.6612.37.366.467605高位瓦斯基础数据统计24日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#3610535182088.626#53993204.84.84.827#8853366.25828#3.23.84712144182029#22.266.87.45244均值4.244.66.86.1612.0812.67.47.969.08605高位瓦斯基础数据统计25日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#13.213.222.855423.823.8101026#13.85.84.250021.81.827#5.25.23.618.618.643.221.828#7.87.82.55.419193.821.421.429#555.65.604.2300均值97.47.747.9218.3210.27.167.047605高位瓦斯基础数据统计26日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#1614.4283.642212389.426#106531.21.443327#8821212642328#9.4103622242.5181429#633.8262000均值9.888.288.365.3216.6410.886.76.25.888605高位瓦斯基础数据统计27日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#12.312.317.45.255.420208.68.626#1210560523327#2.62.68151554.521.828#7.87.82.55.419193.821.421.429#555.65.604.2300均值7.947.547.77.4417.8810.646.6676.96605高位瓦斯基础数据统计28日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔25#1416256703238101026#18241084655527#2251277105228#8841525283242029#22121038544均值8.810.411.210.221.816.212.29.68.2605高位瓦斯基础数据统计29日1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔7#孔8#孔9#孔26#308.82503511.311.311.327#8.88.811.2305554428#7.37.38.5026.826.86353529#10100.70.723.42.841.51.5均值7.2756.5257.313.9313.817.46.57512.9512.95通过对这些数据进行整理，绘出每天的每个钻场钻孔的曲线图。其中横坐标为钻孔编号，纵坐标为瓦斯浓度（单位%）19日0102030405001234567891025#26#27#28#29#均值920日010203040506001234567891025#26#27#28#29#均值21日010203040500123456789101125#26#27#28#29#均值22日-10010203040506002468101225#26#27#28#29#均值1023日010203040500123456789101125#26#27#28#29#均值24日0102030400123456789101125#26#27#28#29#均值25日01020304050600123456789101125#26#27#28#29#均值1126日010203040500123456789101125#26#27#28#29#均值27日010203040506001234567891025#26#27#28#29#均值28日0102030405060708001234