瓦斯鉆孔流量法在底板巖巷水力沖孔抽放影響半徑的測(cè)定研究

摘要：底板巖巷水力沖孔通過(guò)巖石作為保護(hù)屏障，利用高壓水沖力對(duì)煤體的沖擊，造成煤體的表面積增大，能更快的釋放出瓦斯，提高的瓦斯抽采濃度。本文通過(guò)對(duì)龍山煤礦21031底板巷水力沖孔的有效半徑考察，得出水力沖孔的抽放半徑。采用水力沖孔后通過(guò)優(yōu)化鉆孔設(shè)計(jì)，減少鉆孔數(shù)量，封孔方面的費(fèi)用也有所降低，包括封孔管、注漿化學(xué)材料、三通閥門(mén)、軟管和鉆孔施工的人工費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：底板巖巷水力沖孔瓦斯?jié)舛?/p>

為釋放突出潛能，減小或消除突出危險(xiǎn)，利用帶高壓水鉆頭向具有自噴能力的煤層鉆鑿的鉆孔。水力沖孔卸壓增透措施是在巖柱的掩護(hù)下，施工鉆孔后，采用中高水通過(guò)高效噴頭沖擊鉆孔周圍的煤體，沖出大量煤體和瓦斯，應(yīng)力集中向沖孔周圍移動(dòng)，使沖孔附近煤體卸壓增透，有效地提高了抽放效果。

1、工作面概況

龍山礦開(kāi)拓方式為斜井開(kāi)拓，礦井通風(fēng)方式為分區(qū)式通風(fēng)。大巷采用電機(jī)車運(yùn)輸，主井采用皮帶運(yùn)輸，主采煤層為二1煤，平均厚度為4～6米，傾角為7°～28°，煤塵爆炸指數(shù)最高為9.04%，無(wú)煤塵爆炸危險(xiǎn)，煤的自燃傾向性為Ⅲ類不易自燃，根據(jù)2010年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果，為煤與瓦斯突出礦井，相對(duì)瓦斯涌出量為25.73m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為18.76m3/min。煤層透氣性系數(shù)為2.92～8.36m2/Mpa·d，煤層瓦斯壓力為0.67～1.89Mpa。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)地區(qū)四周均未采掘。北部與21采區(qū)軌道下山相連。南部為采區(qū)保護(hù)煤柱， 西部為21011工作面（未開(kāi)采），東部為21051工作面。 經(jīng)河南理工大學(xué)測(cè)定21軌道下山橫貫處煤層瓦斯含量為12.98 m3/t，本區(qū)21采區(qū)水倉(cāng)和21采區(qū)皮帶下山信號(hào)硐室位置原煤瓦斯含量最大值為15.94m3/t，實(shí)測(cè)瓦斯壓力1.36兆帕。

2、 水力沖孔工藝及鉆孔布置

2.1、水力沖孔工藝

1）打鉆和沖孔水質(zhì)必須保證無(wú)雜質(zhì)，以免堵沖孔噴嘴。

2）連接管須采用耐壓大于20Mpa高壓膠管將液壓管路與鉆桿尾端連接，為防止連接處斷開(kāi)，連接處必須使用U型卡，嚴(yán)禁用鉛絲代替。在水力沖孔的供水管路上，距離孔口5m內(nèi)安裝高壓閥門(mén)（高壓閥門(mén)要保證操作方便），沖孔出現(xiàn)異常時(shí)立即停止沖孔。

3）第一次沖孔前要進(jìn)行壓力試驗(yàn)，將10m鉆桿連接好放在地上，固定牢固，用扳手上緊，當(dāng)壓力表達(dá)到10MPa時(shí)，可終止試壓。試壓期間鉆桿末端嚴(yán)禁站人。

4）打鉆使用靜壓水打鉆，按預(yù)定孔徑和角度施工鉆孔，施工完畢后。后置水辮換上乳化泵提供的高壓水，沖孔工作準(zhǔn)備好后，通知乳化泵司機(jī)開(kāi)泵，乳化液的初始?jí)毫σ刂圃?MPa左右，壓力逐漸升至8MPa，進(jìn)行水力沖孔。

5）沖孔先從外向里逐漸沖孔，然后從里向外再?zèng)_孔，往復(fù)循環(huán)，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，轉(zhuǎn)速不超過(guò)120r/min，同時(shí)來(lái)回拉動(dòng)鉆桿，直至出清水沖不出煤和瓦斯為止，為防止瓦斯?jié)舛葒?yán)重超限，可間歇式?jīng)_孔，沖孔前保持排水系統(tǒng)的暢通，巷道有大量積水，以保證現(xiàn)場(chǎng)有較好的工作環(huán)境。水力沖孔結(jié)束后，通知乳化液泵司機(jī)停泵。鉆孔結(jié)束后，及時(shí)封孔連抽，防止瓦斯溢出。

數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)分別見(jiàn)龍山煤礦試驗(yàn)A組瓦斯參數(shù)對(duì)比分析圖、B組瓦斯參數(shù)對(duì)比分析圖及龍山煤礦水力沖孔抽放半徑分析圖。通過(guò)各個(gè)鉆孔通過(guò)各測(cè)試孔瓦斯流量變化的觀測(cè)值，可以看出鉆孔瓦斯?jié)舛茸兓厔?shì)相似，根據(jù)流量的變化范圍和時(shí)間的關(guān)系，首先確定具體時(shí)間的抽放半徑，然后按照公式做曲線，擬合出來(lái)線性關(guān)系式，關(guān)系式中的系數(shù)就是反應(yīng)煤層瓦斯動(dòng)力系數(shù)；

4、結(jié)論及水力沖孔效果效益分析

根據(jù)測(cè)量鉆孔測(cè)定的數(shù)據(jù)分析，龍山煤礦：當(dāng)抽放時(shí)間為10d時(shí)，抽放半徑可達(dá)2.75m； ：當(dāng)抽放時(shí)間為15d時(shí)，抽放半徑可達(dá)3.37m；：當(dāng)抽放時(shí)間為20d時(shí)，抽放半徑可達(dá)3.89m；當(dāng)抽放時(shí)間為30d時(shí)，抽放半徑可達(dá)4.76m。

在目前煤炭經(jīng)濟(jì)形勢(shì)出現(xiàn)滑坡的背景下，采用水力沖孔將在以下方面起到降低成本的作用，可以通過(guò)優(yōu)化鉆孔設(shè)計(jì)減少鉆孔的數(shù)量，在瓦斯區(qū)域治理效果不受到影響的前提下提高瓦斯治理的進(jìn)度，為真正實(shí)現(xiàn)工作面回采前消突爭(zhēng)取到寶貴的抽采時(shí)間。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施的鉆孔應(yīng)當(dāng)控制整條煤層巷道及其兩側(cè)一定范圍內(nèi)的煤層。傾斜、急傾斜煤層巷道上幫輪廓線外至少20m，下幫至少10m；其他為巷道兩側(cè)輪廓線外至少各15m。在采取水力沖孔前后鉆孔數(shù)量是不相同的。可以減少鉆孔的封孔、聯(lián)網(wǎng)費(fèi)用。采用水力沖孔后通過(guò)優(yōu)化鉆孔設(shè)計(jì)，減少鉆孔數(shù)量，封孔方面的費(fèi)用也有所降低，包括封孔管、注漿化學(xué)材料、三通閥門(mén)、軟管和鉆孔施工的人工費(fèi)用。