高壓水射流擴(kuò)孔技術(shù)在丁集煤礦的瓦斯抽放效果分析

    時(shí)間:2013-07-30 12:19:47作者:LeeZhou來(lái)源:德高潔清潔設(shè)備分享到:QQ空間新浪微博騰訊微博人人網(wǎng)微信

    之前我們進(jìn)行了《丁集煤礦高壓水射流擴(kuò)孔試驗(yàn)》,其高壓水射流擴(kuò)孔施工工藝為,首先在鉆場(chǎng)施工Φ75 mm或Φ89 mm的小孔徑普通鉆孔,穿透全煤層后撤鉆,將高壓水射流裝置送入鉆孔煤層位置進(jìn)行高壓水射流擴(kuò)孔切割,高壓水會(huì)在高速旋轉(zhuǎn)中將媒體逐層切割下來(lái),煤屑通過(guò)排渣噴嘴從鉆孔內(nèi)排出,幾乎沒(méi)有煤屑排出時(shí)即可停止擴(kuò)孔。以下我們主要介紹高壓水射流擴(kuò)孔技術(shù)在丁集煤礦的瓦斯抽放效果。

    一、瓦斯含量壓力及透氣性系數(shù)測(cè)定

    各鉆孔在施工時(shí)進(jìn)入煤層后我們?nèi)∶簶油ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)解吸、回歸計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室解吸測(cè)得其解吸量、損失量、殘存量,從而得到煤樣的原始瓦斯含量。測(cè)定結(jié)果見下表。
     

    各鉆孔煤樣瓦斯含量測(cè)定結(jié)果

    鉆孔號(hào)

    煤樣質(zhì)量/g

    解吸量/m³•(t•r)-1

    損失量/m³•(t•r)-1

    殘存量/m³•(t•r)-1

    瓦斯含量

    原煤

    可燃質(zhì)

    /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


    從上表可以看出,在考察研究之前測(cè)定的實(shí)驗(yàn)區(qū)各鉆孔內(nèi)11-2煤層瓦斯含量基本相等。表明實(shí)驗(yàn)區(qū)11-2煤層瓦斯含量分布均勻。

    3#、4#鉆孔擴(kuò)孔后將4個(gè)鉆孔均并列插入20m長(zhǎng)和2m長(zhǎng)2根Φ159mm鍍鋅鐵管,分別作為測(cè)壓管和注漿管,用快干水泥、木楔將2根鍍鋅管密實(shí)固定在鉆孔孔口位置,通過(guò)注漿管向鉆孔內(nèi)注水泥漿,直到水泥漿從測(cè)壓管管口流出后,即停止注漿。等48小時(shí)水泥硬化后,在測(cè)壓管外口處接入壓力表,進(jìn)行被動(dòng)測(cè)壓。經(jīng)過(guò)21天的測(cè)壓周期,我們發(fā)現(xiàn)各鉆孔瓦斯壓力穩(wěn)定不再上升,最終測(cè)得1#、2#鉆孔瓦斯壓力為0.9 MPa,3#鉆孔瓦斯壓力為0.8 MPa,4#鉆孔瓦斯壓力為0.85 MPa。據(jù)此可以判斷,試驗(yàn)區(qū)域11-2煤層瓦斯壓力分布基本均勻。

    壓力穩(wěn)定后將壓力表拆下,利用ZLD-2多級(jí)流量計(jì)連續(xù)9天測(cè)定各鉆孔瓦斯流量,并計(jì)算得到各鉆孔處煤層的透氣性系數(shù),1#、2#、3#、4#鉆孔所測(cè)得結(jié)果分別為0.301、0.397、2.055、1.961 m²/(MPa²•d)。

    高壓水射流擴(kuò)孔前11-2煤層平均透氣性系數(shù)為0.349 m²/(MPa²•d);擴(kuò)孔后11-2煤層平均透氣性系數(shù)為2.008 m²/(MPa²•d)。擴(kuò)孔后是擴(kuò)孔前的5.75倍。這表明高壓水射流擴(kuò)孔可有效提高煤層透氣性。

    二、抽放效果檢測(cè)

    流量測(cè)定結(jié)束后,1#、2# 鉆孔為第一組,3#、4# 鉆孔為第二組分別通過(guò)高壓膠管接入抽放管路進(jìn)行抽放。
     
    高壓水射流擴(kuò)孔研究鉆孔布置圖

    在2組抽放鉆孔接入抽放管路的位置各留測(cè)量孔接入溫度傳感器、流量傳感器、負(fù)壓傳感器、甲烷濃度傳感器連續(xù)15天監(jiān)測(cè)抽放參數(shù),由監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看到,第二組鉆孔抽放瓦斯?jié)舛容^第一組稍高,平均流量第二組是第一組的3.5倍,15天累計(jì)抽放標(biāo)態(tài)下第二組瓦斯?jié)舛仁堑谝唤M鉆孔的4.1倍。

    三、殘余瓦斯壓力測(cè)定及殘余瓦斯含量計(jì)算

    抽放15天后,將抽放高壓膠管拆下,重新在4個(gè)鉆孔的測(cè)壓管外口安裝壓力表,測(cè)定抽放15天后的殘余瓦斯壓力。

    經(jīng)過(guò)15天抽放后,1#、2#鉆孔殘余瓦斯壓力均為0.8 MPa,較抽放前均下降了0.1 MPa;3# 鉆孔殘余瓦斯壓力0.5 MPa,4 #鉆孔殘余瓦斯壓力0.55 MPa,較抽放前均下降了0.3 MPa,且均低于了0.74 MPa。顯然,抽放鉆孔經(jīng)高壓水射流擴(kuò)孔后抽放效果明顯提高。

    根據(jù)11-2煤層吸附曲線,由各鉆孔瓦斯壓力值計(jì)算煤層瓦斯含量,1#、2#鉆孔處煤樣殘余瓦斯含量為8.92 m³/t,依然大于8 m³/t。3#鉆孔處煤樣殘余瓦斯含量為6.83 m³/t,4#鉆孔煤樣殘余瓦斯含量為7.24 m³/t,均低于8 m³/t。

    據(jù)以上分析,我們可以看出在同樣的基礎(chǔ)條件下,經(jīng)高壓水射流擴(kuò)孔的鉆孔在抽放15天后,使其影響范圍內(nèi)的瓦斯壓力、瓦斯含量均降低到突出指標(biāo)以下。這說(shuō)明高壓水射流對(duì)于提高鉆孔的瓦斯抽放效率、增加煤層的透氣性、降低瓦斯壓力和含量具有非常好的效果。

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