水力冲孔有效影响半径的测定
水力冲孔钻孔有效抽采半径的测试研究
水力冲孔钻孔有效抽采半径的测试研究王峰;陶云奇;冀凯【摘要】为了研究水力冲孔钻孔有效抽采半径与冲煤量、抽采期的关系,采用煤层瓦斯含量法进行现场试验研究,采用冲煤量统计、瓦斯抽采数据采集等手段进行分析考察,最终获得中马村矿不同冲煤量和不同抽采期的水力冲孔钻孔有效抽采半径.研究结果表明,水力冲孔钻孔有效抽采半径随冲煤量及抽采时间的增加而增大,但增长速度逐渐衰减,根据其增长规律,获得中马村矿最佳水力冲煤量为1.0～2.0 t/m、最佳抽采期为90 d,相应的有效抽采半径为3.50～3.73 m,并通过卸压范围考察获得水力冲孔充分卸压范围为1.5 m,佐证了水力冲孔有效抽采半径考察结果的合理性.该研究方法具有较强的适用性,可为不同地质条件的矿井提供技术支持.%In order to study the relationship between the effective extraction radius of the hydraulic flushing holes and the amount of flushed coal and extraction time, in this paper,field test study was carried out by using the method of coal-seam gas content, investigation and analysis were conducted through the statistacs of the amount of flushed coal and the gathering of gas extraction data,and finally,the effective extraction radius of the hydraulic flushing holes with different amount of flushed coal and different extraction time in Zhongmacun Mine was obtained. The research results showed that the effective extraction radius of the hydraulic flushing holes increased with the increase of the amount of flushed coal and the the extraction time, but the growth rate gradually attenuated, based on its growth rule, the best amount of flushed coal of 1. 0 t/m to 2. 0 t/m, the optimum extraction time of 90 d and the corresponding effectiveextraction radius of 3. 50 m to 3. 73 m in Zhongmacun Mine were obtained, and through the investigation on the pressure relief range, it was obtained that the full pressure relief range of the hydraulic flushing holes was 1. 5 m, which proved the rationality of the investigation results of the effective extraction radius of hydraulic flushing holes. This research method has strong applicability, and can provide technical support for the coal mines with different geological conditions.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2017(044)006【总页数】5页(P49-53)【关键词】水力冲孔;有效抽采半径;瓦斯抽采;冲煤量;卸压范围【作者】王峰;陶云奇;冀凯【作者单位】河南能源化工集团研究院有限公司,河南郑州450046;河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心,河南郑州450046;河南能源化工集团研究院有限公司,河南郑州450046;河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心,河南郑州450046;河南龙宇股份有限公司陈四楼煤矿,河南永城476600【正文语种】中文【中图分类】TD712+.6钻孔瓦斯抽采有效影响半径是指单个钻孔在一定抽采时间内沿其半径方向能够达到抽采目标的最小范围。
040-底位巷水力冲孔有效影响半径考察及治理效果研究
平顶山矿区首山一矿为煤与瓦斯突出矿井，开 采的己16－17 煤层为突出煤层，煤层瓦斯压力大、含 量高、透气性差、且无合适保护层开采，采取预抽 煤层瓦斯区域防突措施。对己16－17 煤层采用水力冲 孔卸压增透措施并辅以强抽采，是区域消突的必要 手段。
试验工作面己16－17 －11041 采面位于己一采区西 翼上部，属于突出危险工作面。
［收稿日期］ 2012－05－15 ［作者简介］ 胡金红 （ 1977－） ，女，河南泌阳人，工程师，从事瓦斯研究工作。
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胡金红： 底位巷水力冲孔有效影响半径考察及治理 1 第 1 组水力冲孔见煤点平面图 图 2 第 2 组水力冲孔见煤点平面图
3. 1 水力冲孔第 1 组 4 号孔半径考察 经过本组考察，考察孔流量提高的孔为见煤点
3 影响半径现场考察
本次水力冲孔影响半径考察试验采用的冲孔顺 序为渐进式冲孔，水力冲孔水压控制在 5 ～ 6MPa， 水射流流量在 120 ～ 160L / min，孔内出水、返渣正 常。考察中第 1 组、第 2 组、第 3 组分别冲出煤量 为 10t，8t，5t，冲煤段长度为 4m，3m，2m。煤体
在己16－17 －11041 机巷底位巷考察了 3 组水力冲 孔影响半径，被考察孔位置分别是水力冲孔第 1 组 4 号孔、第 2 组 4 号孔、第 3 组 2 号孔，其他钻孔 均为考察孔，被考察孔孔径 89mm。本次的考察孔 与被考察孔均垂直于底抽巷道中线，即为平行孔。 在被考察孔施工完成前后、冲孔过程中、冲孔后对 每组考察孔进行流量测定。3 组钻孔在己16－17 煤层 见煤点的实际平面位置如图 1 ～ 图 3 所示，3 组实 验钻孔参数如表 1 所示。
10. 4 0 9. 0 2. 6 5. 4 7. 4
水力冲孔半径考察
根据矿方要求，结合我方1161（3）底抽巷水力冲孔项目，在进行大量布置钻孔冲孔前需进行水力冲孔有效影响半径的考察，以决定钻孔布置距离。
现将考察概述如下：1 考察方法及标准考察方法以距离水力冲孔钻孔不同距离处布置流量考察孔，通过不同钻孔冲孔前后流量的变化来判定影响半径大小为主，以冲孔前后钻屑瓦斯解吸指标（Δh2和S）的变化为辅来考察（冲孔前后流量变化不明显时采用此标准）。
如果某一考察孔冲孔后连续3次或其以上测定流量均比冲孔前增大10%或其以上，则该考察孔在水力冲孔影响半径之内，符合条件的考察孔距离被考察孔的最大距离即是所考察半径。
如果流量前后变化不明显，则采用钻屑瓦斯解吸指标（Δh2和S）法考察，也即通过施工一斜交考察孔，考察斜交孔受水力冲孔影响不同孔深处Δh2和S的变化情况，如果从某一孔深处开始测定的全部Δh2和S值均小于冲孔前测定的数值，则两钻孔该孔深处对应的水平距离即为水力冲孔有效影响半径的临界值。
2 考察过程施工3个相互平行的钻孔，中间为水力冲孔钻孔，两边为流量考察孔，距离中间钻孔分别为5m和8m。
施工水力冲孔钻孔见煤后每米测定一个Δh2和S值→两流量孔施工完毕后即刻封孔，之后串接上孔板流量计测定流量，每2到10分钟测定一次流量，每一钻孔至少测定5次，直至流量相对稳定→进行水力冲孔直至冲不出煤为止，冲孔过程中及冲孔后若干小时内根据流量变化情况每2到10分钟测定一次流量，记录并和冲孔前测定的流量值对比（如果冲孔前后流量变化较明显，则后面步骤取消，若流量变化不明显则继续后面步骤）→在预定位置施工一斜交孔，见煤后每米测定一个Δh2和S值，对比水力冲孔钻孔测定的每米的Δh2和S值→判定水力冲孔有效影响半径。
3 钻孔参数设定具体钻孔参数由矿方设定，其中流量法考察时要求2个考察孔和被考察孔平行，也即3个钻孔的倾角和方位角分别相等。
影响半径的确定
影响半径的确定
确定影响半径的方法很多，在矿坑涌水量计算中常用库萨金和吉哈尔特经验公式作近似计算。
当设计的矿山进行了大降深群孔抽水试验或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔网资料为基础的图解法进行推求。
一、经验公式法
计算影响半径的主要经验公式见表1。
表1计算影响半径的经验公式
二、图解法
当设计矿山做了大降深群孔抽水或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔实测资料，用图解法确定影响半径。
（一）自然数直角座标图解法
在直角座标上，将抽水孔与分布在同一直线上的各观测孔的同一时刻所测得的水位连结起来，尚曲线趋势延长，与抽水前的静止水位线相交，该交点至抽水孔的距离即为影响半径（见图1）。
观测孔较多时，用图解法确定的影响半径较为准确。
（二）半对数座标图解法
在横座标用对数表示观测孔至抽水孔的距离，纵座标用自然数表示抽水主孔及观测孔水位降深的直角座标系中，将抽水主孔的稳定水位降深及同时刻的观测孔水位降低标绘在相应位置，连结这两点并延长与横座标的交点即为影响半径（见图2）。
当有两个或两个以上观测孔时，以观测孔稳定水位降深绘图更准些。
三、影响半径经验数值
根据岩层性质、颗粒粒径及单位涌水量与影响半径的关系来确定影响半径，见表2与表3。
表2松散岩土影响半径（R ）经验数值
表3单位涌水量与影响半径关系。
水力压裂有效压裂半径的影响因素研究
水力压裂有效压裂半径的影响因素研究
贾进章;王东明;李斌
【期刊名称】《中国安全生产科学技术》
【年(卷),期】2022(18)6
【摘要】为改善水力压裂增透效果,提高煤层瓦斯抽采效率,减少矿井瓦斯灾害,明确不同因素对水力压裂有效压裂半径的影响,基于Mohr-Coulomb准则建立水力压裂渗流—损伤耦合方程,并且求得水力压裂破裂区半径运算公式;运用ABAQUS 软件模拟并分析地应力σ、注水水压P、压裂孔径d及弹性模量E对水力压裂有效压裂半径L的影响;并通过灰色关联分析方法确定水力压裂有效压裂半径的主控因素。
研究结果表明:水力压裂有效压裂半径与注水水压、压裂孔径及弹性模量呈递增关系,与煤层地应力呈递减关系;水力压裂有效压裂半径受煤层地应力的影响最大,注水水压次之,受压裂孔径和弹性模量的影响相对较弱。
【总页数】7页(P58-64)
【作者】贾进章;王东明;李斌
【作者单位】辽宁工程技术大学安全科学与工程学院;辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】X936
【相关文献】
1.水力压裂卸压增透影响半径数值模拟研究
2.辛置煤矿水力压裂卸压增透影响半径数值模拟研究
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4.水力压裂中有效支撑缝高对压后效果的影响研究
5.松软煤层水力压裂有效半径影响范围主控因素分析
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影响半径的确定
影响半径的确定
确定影响半径的方法很多，在矿坑涌水量计算中常用库萨金和吉哈尔特经验公式作近似计算。
当设计的矿山进行了大降深群孔抽水试验或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔网资料为基础的图解法进行推求。
一、经验公式法
计算影响半径的主要经验公式见表1。
表1计算影响半径的经验公式
二、图解法
当设计矿山做了大降深群孔抽水或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔实测资料，用图解法确定影响半径。
（一）自然数直角座标图解法
在直角座标上，将抽水孔与分布在同一直线上的各观测孔的同一时刻所测得的水位连结起来，尚曲线趋势延长，与抽水前的静止水位线相交，该交点至抽水孔的距离即为影响半径（见图1）。
观测孔较多时，用图解法确定的影响半径较为准确。
（二）半对数座标图解法
在横座标用对数表示观测孔至抽水孔的距离，纵座标用自然数表示抽水主孔及观测孔水位降深的直角座标系中，将抽水主孔的稳定水位降深及同时刻的观测孔水位降低标绘在相应位置，连结这两点并延长与横座标的交点即为影响半径（见图2）。
当有两个或两个以上观测孔时，以观测孔稳定水位降深绘图更准些。
三、影响半径经验数值
根据岩层性质、颗粒粒径及单位涌水量与影响半径的关系来确定影响半径，见表2与表3。
表2松散岩土影响半径（R ）经验数值
表3单位涌水量与影响半径关系。
水力冲孔消突有效影响半径测定及钻孔参数优化
01 引言
03 参考内容
目录
02 相关技术综述
摘要：本次演示主要探讨水力冲孔消突有效影响半径的测定及钻孔参数优化问 题。通过对相关技术的综述和参数优化方法的介绍，结合实验设计与实施，文 章对水力冲孔消突有效影响半径的测定规律进行了深入分析，并得出相应结论。 最后，总结了研究成果，强调了水力冲孔消突有效影响半径测定和钻孔参数优 化在工程实践中的重要性，并提出了展望和建议。关键词：水力冲孔消突，有 效影响半径，钻孔参数优化，测定技术，参数优化方法
2、应力变化
在卸压范围内，应力在0.038~6.545 MPa之间。特别在距被考察孔6.8 m处， 出现了应力集中现象，最大主应力为15.85 MPa。这与现场考察结果基本一致。
3、透气性变化
通过含量法测试，我们发现孔洞周围煤层透气性的分布规律与主应力变化趋势 相一致。越靠近孔洞的区域，应力和瓦斯压力下降幅度越大，煤层透气性系数 也就越大。这说明水பைடு நூலகம்冲孔对煤层透气性的影响与卸压范围、主应力等因素密 切相关。
引言
水力冲孔是一种广泛应用于岩层处理和煤层气开发等工程领域的工艺方法。在 实践中，水力冲孔的效果受到多种因素的影响，其中消突有效影响半径的测定 与钻孔参数的优化是关键环节。正确测定水力冲孔消突有效影响半径并优化钻 孔参数，有助于提高水力冲孔工程的施工效果和资源利用效率。因此，本次演 示对水力冲孔消突有效影响半径的测定及钻孔参数优化问题进行了深入探讨。
实验设计与实施
本次演示采用实验方法测定水力冲孔消突有效影响半径并优化钻孔参数。实验 材料包括煤层气储层模型、水力冲孔设备及相关测量仪器。实验过程中，首先 根据随机优化的方法确定一组初始参数，利用遗传算法进行优化，得到一组优 化的钻孔参数。然后，采用超声波法对煤层气储层模型进行水力冲孔消突实验， 并利用放射性同位素法对消突效果进行评估。
降水井影响半径的计算
确定影响半径的方法很多，在矿坑涌水量计算中常用库萨金和吉哈尔特经验公式作近似计算。
当设计的矿山进行了大降深群孔抽水试验或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔网资料为基础的图解法进行推求。
一、经验公式法
计算影响半径的主要经验公式见表1。
表1 计算影响半径的经验公式
二、图解法
当设计矿山做了大降深群孔抽水或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔实测资料，用图解法确定影响半径。
（一）自然数直角座标图解法
在直角座标上，将抽水孔与分布在同一直线上的各观测孔的同一时刻所测得的水位连结起来，尚曲线趋势延长，与抽水前的静止水位线相交，该交点至抽水孔的距离即为影响半径（见图1）。
观测孔较多时，用图解法确定的影响半径较为准确。
（二）半对数座标图解法在横座标用对数表示观测孔至抽水孔的距离，纵座标用自然数表示抽水主孔及观测孔水位降深的直角座标系中，将抽水主孔的稳定水位降深及同时刻的观测孔水位降低标绘在相应位置，连结这两点并延长与横座标的交点即为影响半径（见图2）。
当有两个或两个以上观测孔时，以观测孔稳定水位降深绘图更准些。
三、影响半径经验数值
根据岩层性质、颗粒粒径及单位涌水量与影响半径的关系来确定影响半径，见表2与表3。
表2 松散岩土影响半径（R）经验数值
表3 单位涌水量与影响半径关系。
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中州煤炭
总第 200 期
水力冲孔有效影响半径的测定
刘永杰
（ 河南煤业化工集团 焦煤公司赵固二矿， 河南 辉县 453633 ） 摘要： 为了确定水力冲孔的有效影响半径， 为水力冲孔技术的应用提供合理的布孔参数， 分析了水力冲孔技 术的消突机理， 采用压降法在寺家庄煤矿进行了现场试验 。结果表明： 压降法简单、 准确， 便于考察， 测试出 了寺家庄煤矿 15 号煤层的水力冲孔有效影响半径为 9 m。 关键词： 水力冲孔； 有效影响半径； 压降法 中图分类号： TD713． 34 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 0506 （ 2012 ） 08 － 0016 － 03
［26 ］
2
2. 1
水力冲孔工艺及系统
水力冲孔工艺
水力冲孔利用高压水通过钻杆从钻头上的冲孔 喷头喷射而出， 冲击钻头周围煤体， 随着钻机向前钻 进破碎煤体， 诱导小型煤与瓦斯突出 （ 喷孔 ） ， 水和 突出的煤、 瓦斯顺着钻杆和钻孔间的间隙流入煤水 输送系统， 混合有水气的瓦斯进入水气分离装置 ， 分 接入瓦斯抽采管路， 煤和水流入沉淀池。 离之后， 2. 2 水力冲孔系统 水力冲孔系统由乳化液泵、 水箱、 压力表、 防喷 装置 和 喷 头 等 组 成。 根 据 现 场 试 验 情 况， 选择 BRW200 /315 型乳化液泵 （ 额定流量 200 L / min， 额 定压力 31. 5 MPa） ， 辅助乳化液箱型号为 FRX1000 ， 其公称压力为 31. 5 MPa， 液箱容量为 1 000 L， 质量 700 kg ； PZCKC ； 水力冲孔喷头为 系列 选择 SGS 为 1900 ； 高压胶管 型双功能高压水表； 钻机型号为 5S内径为 25 mm、 耐压 32 MPa， 连接处采用快速接头 和 U 形卡加固。
3 岩， 瓦斯含量平均为 11. 22 m / t， 煤的坚固性系数 0. 10 ～ 1. 45 ， 19. 2 ～ 28. 5 ， 瓦斯放散初速度为 透气 2 2 d） ， 性系数为 0. 175 ～ 0. 838 m / （ MPa · 钻孔百米流 －1 0. 025 3 ～ 0. 042 5 d 。 量衰减系数为
3
水力冲孔有效影响半径测试原理
国内外学者普遍认为， 地应力、 瓦斯和煤的物理 ［7 ］ 力学性质是导致煤与瓦斯突出的主要因素 。 煤 体的变形潜能和瓦斯膨胀内能是煤与瓦斯突出的主 ［89 ］ 是以岩柱或者煤柱作为 要动力。水力冲孔技术 安全屏障， 冲孔时， 随着钻孔的前进， 煤、 水、 瓦斯经 过孔道向孔外排出， 钻孔周围的煤体向钻孔方向移
近年来， 随着煤矿开采强度的增大和开采深度 ， 的增加 地质条件更加复杂， 煤与瓦斯突出成为威胁 煤矿安全生产的主要因素。瓦斯抽采是防止煤与瓦 ［1 ］ 斯突出的根本措施 ， 对于低透气性煤层， 单一的 严重影响了矿井高产高效。 抽采措施难以快速消突， 为了提高瓦斯抽采效果， 有效防治煤与瓦斯突出事 故， 从 20 世纪 60 年代开始， 我国科研院校与生产单 位相互合作， 研究并试验了水力压裂、 水力冲孔、 深 孔预裂爆破、 交叉钻孔等 强化抽采瓦斯技术， 特 在南桐、 梅田、 北票、 焦作等地的 别是水力冲孔技术， 煤矿取得了良好的消突效果。而合理的布孔间距不 有效消除煤层突出危险性， 还可节约施工 仅能快速、 成本。因此， 笔者测试了寺家庄煤矿水力冲孔的有 效影响半径， 为合理布孔提供依据， 进一步完善的水 力冲孔的技术体系。
1
矿井概况
寺家庄煤矿是阳煤集团新建的大型矿井， 井田 位于沁水煤田 东 部 边 缘 中 段， 南 北 走 向 长 17. 3 ～ 16. 5 km， 东 西 倾 斜 宽 6. 0 ～ 9. 0 km， 井田面积约 124. 08 km2 。矿井现开采 15 号煤层， 设计生产能力 为 5. 0 Mt / a， 开采标高 + 510 m， 采用斜—立井混合 开拓方式， 中央分列式通风方式， 机械抽出式通风方 法。自 2007 年 1 月 3 日发生首次瓦斯突出以来， 到 目前 为 止， 共 发 生 瓦 斯 突 出 18 次。 15 号 煤 层 厚 2. 79 ～ 7. 40 m， 平均厚 5. 48 m， 顶板为砂质泥岩或 粉砂岩， 底板常为炭质泥岩， 有时为砂质泥岩或粉砂
收稿日期： 2012 － 04 － 15 2000 年 作者简介： 刘永杰（ 1977 —） ， 男， 河南长葛人， 助理工程师， 毕业于河南煤炭工业学校， 现从事工程管理与技术工作 。
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2012 年第 8 期
刘永杰： 水力冲孔有效影响半径的测定
总第 200 期
动， 同时煤体产生一定程度的膨胀变形 ， 顶底板产生 相向位移， 引起在冲孔一定影响范围内的地应力降 低， 裂隙增加， 使煤层的透气性增大， 促进瓦斯的解 ， ， 吸和排放 增加了煤体的强度和湿度 既消除了煤与 瓦斯突出的主要动力， 又改变了突出煤层的物理性 质， 在煤矿采掘作业过程中起到防治煤与瓦斯突出 的作用。 常用的测试水力冲孔有效影响半径的方法有流 ［10 ］ 量法和压降法 。在测试流量过程中， 由于测量仪 器量程选择不当， 容易造成读数误差， 影响测试结 果； 而采用压降法测试时， 可直观地观测到高压水射 此次测试采用压降法。 压降 流的影响范围。 因此， 法测定有效影响半径的原理是： 水力冲孔过程中， 高 压水射流能够影响到的地方煤体裂隙扩展 ， 煤层瓦 斯压力下降， 可以通过钻孔压力的变化来直接判断 水力冲孔措施是否影响到该位置 。 寺家庄煤矿 15 号煤层突出危险性大， 掘进过程 中工作面 突 出 危 险 性 预 测 指 标 K1 值 超 标 率 高 达 55% ， 为了使水力冲孔技术有效、 快速消除突出危 险， 此次试验规定， 当钻孔的瓦斯压力降至 0 时， 认 为该钻孔距水力冲孔措施孔的距离 R i 在其有效影 R2 ， 响半径之内， 满足该条件的最大距离 R max = （ R1 ， R n ） 即为水力冲孔的有效影响半径。