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高压水射流扩孔技术在丁集煤矿的瓦斯抽放效果分析

时间:2013-07-30     来源: bat365中文官方网站

之前我们进行了《丁集煤矿高压水射流扩孔试验》,其高压水射流扩孔施工工艺为,首先在钻场施工Φ75 mm或Φ89 mm的小孔径普通钻孔,穿透全煤层后撤钻,将高压水射流装置送入钻孔煤层位置进行高压水射流扩孔切割,高压水会在高速旋转中将媒体逐层切割下来,煤屑通过排渣喷嘴从钻孔内排出,几乎没有煤屑排出时即可停止扩孔。以下我们主要介绍高压水射流扩孔技术在丁集煤矿的瓦斯抽放效果。
 
一、瓦斯含量压力及透气性系数测定
 
各钻孔在施工时进入煤层后我们取煤样通过现场解吸、回归计算、实验室解吸测得其解吸量、损失量、残存量,从而得到煤样的原始瓦斯含量。测定结果见下表。
 
各钻孔煤样瓦斯含量测定结果
钻孔号 煤样质量/g 解吸量/m³•(t•r)-1 损失量/m³•(t•r)-1 残存量/m³•(t•r)-1 瓦斯含量
原煤 可燃质 /m³•(t•r)-1 /m³•t-1
1# 198.00 165.14 3.04 1.28 6.81 11.12 9.28
2# 188.00 156.26 2.68 1.56 7.24 11.48 9.54
3# 192.00 160.23 3.00 1.21 7.06 11.67 9.41
4# 190.00 159.76 2.98 0.99 7.01 10.98 9.23
 
从上表可以看出,在考察研究之前测定的实验区各钻孔内11-2煤层瓦斯含量基本相等。表明实验区11-2煤层瓦斯含量分布均匀。
 
3#、4#钻孔扩孔后将4个钻孔均并列插入20m长和2m长2根Φ159mm镀锌铁管,分别作为测压管和注浆管,用快干水泥、木楔将2根镀锌管密实固定在钻孔孔口位置,通过注浆管向钻孔内注水泥浆,直到水泥浆从测压管管口流出后,即停止注浆。等48小时水泥硬化后,在测压管外口处接入压力表,进行被动测压。经过21天的测压周期,我们发现各钻孔瓦斯压力稳定不再上升,最终测得1#、2#钻孔瓦斯压力为0.9 MPa,3#钻孔瓦斯压力为0.8 MPa,4#钻孔瓦斯压力为0.85 MPa。据此可以判断,试验区域11-2煤层瓦斯压力分布基本均匀。
 
压力稳定后将压力表拆下,利用ZLD-2多级流量计连续9天测定各钻孔瓦斯流量,并计算得到各钻孔处煤层的透气性系数,1#、2#、3#、4#钻孔所测得结果分别为0.301、0.397、2.055、1.961 m²/(MPa²•d)。
 
高压水射流扩孔前11-2煤层平均透气性系数为0.349 m²/(MPa²•d);扩孔后11-2煤层平均透气性系数为2.008 m²/(MPa²•d)。扩孔后是扩孔前的5.75倍。这表明高压水射流扩孔可有效提高煤层透气性。
 
二、抽放效果检测
 
流量测定结束后,1#、2# 钻孔为第一组,3#、4# 钻孔为第二组分别通过高压胶管接入抽放管路进行抽放。
 
高压水射流扩孔研究钻孔布置图
 
在2组抽放钻孔接入抽放管路的位置各留测量孔接入温度传感器、流量传感器、负压传感器、甲烷浓度传感器连续15天监测抽放参数,由监测结果可以看到,第二组钻孔抽放瓦斯浓度较第一组稍高,平均流量第二组是第一组的3.5倍,15天累计抽放标态下第二组瓦斯浓度是第一组钻孔的4.1倍。
 
三、残余瓦斯压力测定及残余瓦斯含量计算
 
抽放15天后,将抽放高压胶管拆下,重新在4个钻孔的测压管外口安装压力表,测定抽放15天后的残余瓦斯压力。
 
经过15天抽放后,1#、2#钻孔残余瓦斯压力均为0.8 MPa,较抽放前均下降了0.1 MPa;3# 钻孔残余瓦斯压力0.5 MPa,4 #钻孔残余瓦斯压力0.55 MPa,较抽放前均下降了0.3 MPa,且均低于了0.74 MPa。显然,抽放钻孔经高压水射流扩孔后抽放效果明显提高。
 
根据11-2煤层吸附曲线,由各钻孔瓦斯压力值计算煤层瓦斯含量,1#、2#钻孔处煤样残余瓦斯含量为8.92 m³/t,依然大于8 m³/t。3#钻孔处煤样残余瓦斯含量为6.83 m³/t,4#钻孔煤样残余瓦斯含量为7.24 m³/t,均低于8 m³/t。
 
据以上分析,我们可以看出在同样的基础条件下,经高压水射流扩孔的钻孔在抽放15天后,使其影响范围内的瓦斯压力、瓦斯含量均降低到突出指标以下。这说明高压水射流对于提高钻孔的瓦斯抽放效率、增加煤层的透气性、降低瓦斯压力和含量具有非常好的效果。
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  • 丁集煤矿
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  • 高压水射流扩孔技术