低透气性煤层瓦斯抽放工艺研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇低透气性煤层瓦斯抽放工艺研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】钻孔预抽煤层瓦斯是解决矿井瓦斯涌出、防治煤与瓦斯突出的有效方法，其效果的好坏主要由钻孔布置方式及钻孔参数决定。根据赵庄煤业实际情况，制定出相应煤层瓦斯抽放工艺技术研究方案，通过井下实施考察，优化目前的抽放工艺，合理布置抽放工艺参数，在尽可能少的投入下，更大程度的提高钻孔抽采效率，有效抽采煤层中的瓦斯，同时为矿井的采掘衔接提供合理的依据，促进抽、掘、采接替有序进行。
【关键词】低透气性；瓦斯；抽放参数
1 矿井瓦斯概况
赵庄煤业为高瓦斯矿井，主采3#煤层，平均厚度4.55m，3号煤层瓦斯含量为4.69m3/t～14.68m3/t，残存瓦斯含量为2.26 m3/t。3号煤层的原始瓦斯压力为0.16～0.46MPa，瓦斯放散初速度为20～32。3号煤层的百米钻孔瓦斯流量衰减系数为0.1525～0.4234d-1，透气性系数为0.21～2.01 m2/MPa2・d，介于0.1～10 m2/MPa2・d之间，瓦斯抽采类型属可抽放类型。
2 综采面瓦斯抽采技术研究
2.1 选择合理的抽放参数
2.1.1 钻孔直径
根据周世宁院士的渗流理论，钻孔的总瓦斯流量为：
（1）
从式子中可以看出，在抽放时间较长，瓦斯进入稳定流动状态时，钻孔总瓦斯流量Q与煤层厚度m成正比，与煤层瓦斯压力P0的1.85次方及透气系数λ的0.9次方成正比，而钻孔半径Rl对总瓦斯流量Q的影响不大[3]。
因此，在保证施工进度的前提下，钻孔直径适宜选大，由于赵庄煤业煤层松软破碎，钻孔直径也不宜过大，过大容易垮孔，造成钻孔堵塞。根据赵庄煤业实际情况倾向于选择钻孔直径为94mm。
2.1.2 钻孔长度
对于开采层瓦斯抽放钻孔的长度越大，露出煤面越多，瓦斯涌出量越大，抽放效果越好，在钻机能力允许的条件下，尽量加大钻孔长度；对于邻近层瓦斯抽放，钻孔一般要穿过所要预抽的煤层，在考虑打钻效率和打钻质量下，利用大功率钻机施工长度较深的钻孔。结合赵庄煤业目前主要采用ZDY4200钻机或ZDY6000钻机打钻施工抽采钻孔，钻孔深度设计为120m。
2.1.3 钻孔角度
抽放本煤层瓦斯的时候，布置钻孔的角度一般要考虑以下几个方面因素[4-6]：
（1）下向钻孔：由于深部煤层的瓦斯含量比较大，瓦斯向上流动，所以下向式钻孔瓦斯量较大，可以加速瓦斯排放。但下向孔中易积水，对瓦斯涌出有一定的阻力，且排渣困难，影响打钻施工，钻孔施工深度受限。
（2）上向钻孔：上向式钻孔内不会积水，瓦斯涌出量也比较均衡，但在相同条件下比下向孔略小。
（3）水平钻孔：水平钻孔处于上述两种方式之间，可以克服上向孔和下向孔的缺点。
综合考虑赵庄煤业钻孔涌出情况，有效利用施工钻孔来抽采瓦斯，顺层抽采钻孔选择施工水平孔。在地质构造附近，施工水平钻孔困难时，可以根据实际情况小范围调节钻孔角度。
选择在13074巷10号和12号横穿之间为试验区域，这一区域无断层陷落柱等影响，煤层赋存情况基本一致，瓦斯含量在10m3/t左右。逐一施工布置六个试验区的预抽考察钻孔。前Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号试验区为呈三花眼布置的平行孔，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ号试验区为呈三花眼布置的交叉孔。各区段布孔方式如下：
（1）平行布孔方式
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号实验区，施工两排钻孔，钻孔开孔成三花眼布置，底排施工5个钻孔，孔间距分别为4m、3m、2m，开孔距底板1.4 m，上排开孔距底板2.2m，钻孔与煤壁夹角90°，设计孔深120m，各试验区间距5m。
（2）立体交叉布孔方式
Ⅳ实验区距Ⅲ号10m，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ号实验区，施工两排钻孔，钻孔开孔成三花眼布置，底排施工5个钻孔，孔间距分别为4m、3m、2m，开孔距底板1.4 m，上排开孔距底板2.2m，上排钻孔与煤壁夹角75°，钻孔仰角为1.5°；下排钻孔与煤壁夹角85°，钻孔仰角为1.5°。所有钻孔孔深120m，各试验区间距5m。
每个试验区段里每10个钻孔中，选取其中3个单孔单独装孔板，然后10个单孔汇流后对串孔组分别装孔板。每天测定记录负压、浓度、流量值。
2.3 不同抽放工艺抽放效果比较
2.3.1 钻孔不同间距的考察研究
钻孔间距2m 百米钻孔流量（m3/（min・hm）0.0197钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）0.013
钻孔间距3m 百米钻孔流量（m3/（min・hm）0.0181钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）0.019
钻孔间距4m 百米钻孔流量（m3/（min・hm）0.0216钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）0.104
从上面可以看出：不同钻孔间距瓦斯抽采钻孔百米钻孔流量相差不大，但钻孔间距4m的钻孔瓦斯流量衰减系数明显大于钻孔间距2m和3m的瓦斯抽采钻孔，由此表明，在同样的布孔方式和封孔工艺条件下，钻孔间距4m的瓦斯抽采钻孔由于钻孔间距大，抽采影响不到相邻钻孔，瓦斯来源少，衰减快。
2.3.2 钻孔不同布置方式的考察研究
分别对相同布孔间距的平行钻孔和交叉钻孔瓦斯抽采数据进行考察，分别选取了2组不同布孔方式的钻孔的单孔百米流量和浓度来考察对比，结果如下所示。
钻孔布置方式：平行孔 百米钻孔流量（m3/（min・hm）0.0181 0.014 0.01605
钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）0.019 0.027 0.023
钻孔布置方式：交叉孔 百米钻孔流量（m3/（min・hm）0.0173 0.0252 0.02125
钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）0.016 0.0340.025
从上面可以计算出，平行钻孔百米流量和钻孔瓦斯流量衰减系数平均值分别为：0.01605m3/（min・hm）、0.023d-1；交叉钻孔百米流量和钻孔瓦斯流量衰减系数平均值分别为：0.02125m3/（min・hm）、0.025d-1，不同钻孔布置方式钻孔瓦斯流量衰减系数相差不大，而交叉钻孔的百米钻孔流量明显比平行钻孔要大。由此表明，在同样的封孔工艺条件下，瓦斯抽采钻孔采用交叉布置方式时，在一定抽采时间内瓦斯来源相对更加充裕，瓦斯流量大，钻孔抽采影响范围更大，抽采效果相比平行布置方式钻孔有一定提高。
3 结论
（1）通过试验证明采用封孔长度8m的新封孔工艺，其瓦斯抽采钻孔的浓度是原来浓度的1.17～1.6倍，平均为1.3倍。说明封孔长度要大于松动圈的范围，整个钻孔的密封性才能有保证。
（2）据渗流理论可知，钻孔抽采效果与煤层透气性系数、瓦斯压力、抽采钻孔直径成正比，在不垮孔的情况下，钻孔直径越大越好。此外钻孔长度越长，露出煤面越多，瓦斯涌出量越大，抽放效果越好。
（3）瓦斯抽采钻孔间距2m、3m的钻孔平均百米抽采量、衰减系数要优于4m间距钻孔的平均百米抽采量和衰减系数。
（4）交叉钻孔的平均百米抽采量、衰减系数要优于平行钻孔的平均百米抽采量和衰减系数，因此交叉钻孔布置方式的抽采效果优于平行钻孔布置方式。
参考文献
[1] 袁亮著.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[M]. 煤炭工业出版社， 2004.
[2] 马小涛， 李智勇， 屠洪盛， 等.高瓦斯低透气性煤层深孔爆破增透技术[J] .煤矿开采， 2010， 15（1）：92-93.