五阳煤矿瓦斯抽采参数优化研究
高位钻孔瓦斯抽采参数测评与优化研究
要参数 ， 在其优化 区间内， 瓦斯抽采效果会大幅度 提高。论文研 究结果对优化 瓦斯抽采设计 、 保 障采煤 工作
面安全生产具有一定参考意义。
关键词 ： 高位钻孔 ； 瓦斯抽采 ； 设计参数 ； 优化； 测评
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ２—７ １ ６ ９ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ — ０ ０ ３ ３一 Ｏ ３
一
采 是解 决煤 矿 瓦 斯 灾 害 最 根本 的措 施 之 一 ｌ １ Ｊ 。
国家也 出台各种法规和标准 － ３ 。Ｊ ， 要求煤矿企业
加 大 瓦斯 抽采 力 度 ， “ 应抽尽 抽 ， 抽采达标 ” 已逐 步 成 为煤矿瓦斯防治的基本 原则和理念 。顶板高位钻
孔抽采瓦斯是 目前现 场应用 较 为广泛 的技术 ， 在 治
第１ ０卷
第１ 期
华北科技学院学报
２ ０ １ ３年 １ 月
高位 钻 孑 Ｌ 瓦 斯抽 采 参数 测 评 与优 化 研 究①
李 涛 ⑦ 谢 宏 王 志 亮２
（ １ ．冀中能源股份有 限公 司东庞矿 ， 河北 邢 台 ０ ５ ４ ２ ０ １ ； ２ ．华北科 技学院，北京 东燕郊 １ ０ １ ６ ０ １ ）
第ｌ ０卷
第ｌ 期
华 北科技学 院学报
的密度小 ， 从而 产生 一种 升力 ； 二 是 裂 隙通 道 或漏
风通道两端有压能差 ， 产生使 瓦斯沿通道 流动 的能
量 。由于采空 区上覆 岩层 中采动裂隙 的存 在 ， 为采
空 区瓦斯储集 提供 了空 间 。而 高位 钻孔 瓦斯 抽采
理高 瓦斯 、 高产高效工作面采空 区瓦斯异 常涌出 、 防 止 回风和上隅角瓦斯超 限等方面效果显著 。该技术
矿井瓦斯抽采系统优化研究
效 提 高 了 瓦斯 抽 放 率 ， 增 强 了低 浓度 瓦 斯 排 空 管 路 的安 全 性 。 关键词 ： 高瓦斯 ； 低透 气性 ； 瓦斯抽采； 高、 低 负 压
重 的 国家 。尽管 多数 突 出矿 井 、 高瓦 斯矿 井 已建 立瓦 斯抽 采 系统 ， 但 随着 开采 深度 的不 断增 加 ， 瓦斯
有煤 安标 志 ， 不符合 《 煤 矿 低 浓 度 瓦斯 管 道 输 送 安
全保 障系 统设计 规 范》 。 鉴于 此 ， 在 前人 研究 基础 上 ， 对 霍尔 辛赫煤 矿原
中图分类号 ： Ｔ Ｄ ７ １ ２ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ３— ０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ ０ ０ １ — ０ ４
Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｍ ｉ ｎｅ Ｇａ ｓ Ｅｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
有 回风井 地 面瓦斯 抽 采 系 统 的服 务 范 围进行 优化 ， 由全 矿井 缩 小 到 只 负 责 二 、 三盘区 （ 该 盘 区 投 产 达 产时 矿井 瓦 斯 涌 出量 为 １ ２ ０ ． ９ １ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ） 的 瓦 斯 抽
涌 出量 、 煤与 瓦斯 突 出危 险不 断增 大 ， 高瓦斯 突 出矿
Ｌ ｉ Ｘｉ ａ ｏ ｂ ａ ｉ
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｈｏ ｌ ｚ ｅ ｒ ｘ ｉ ｎ ｈ ｅ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｃ ｏ ．， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｉ ０ ４ ６ ６ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｇ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｐ ｐ ｒ ｉ ｏ ｒ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｌ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｊ ｏ ｒ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｌ ｏ ｎ ｇ ｅ ｒ ａ ｄ ａ ｐ ｔ
五阳煤矿定向千米钻机底板穿层钻孔预抽煤层瓦斯应用分析
五阳煤矿定向千米钻机底板穿层钻孔预抽煤层瓦斯应用分析赵健【摘要】利用定向千米钻机优势,施工煤层底板主孔并向上进入煤层开羽状分支以预抽条带煤层瓦斯,通过优化封孔并网抽采工艺,抽排孔内积水,提高了抽采效果.此种钻孔施工工艺克服了松软煤层长距离钻孔成孔困难、煤层赋存条件复杂等限制,为预抽条带煤层瓦斯实施区域防突措施找到一种可行的手段和办法.对煤体超前预抽、卸压消突作用显著.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2015(024)010【总页数】4页(P68-69,72,75)【关键词】定向千米钻机;穿层钻孔;羽状分支;预抽煤层瓦斯【作者】赵健【作者单位】潞安环能股份公司五阳煤矿,山西长治 046205【正文语种】中文【中图分类】TD712.6随着采掘的不断延伸，五阳煤矿煤层普遍位于+320 m水平以下，埋深大于600 m，煤层瓦斯含量大于13 m3/t，煤层瓦斯压力大于0.6 MPa。
五阳矿井属单一煤层开采，为超前预抽煤层瓦斯，采取区域防突措施，试验了定向千米钻机底板穿层钻孔开羽状分支预抽条带煤层瓦斯。
VLD-1000型定向千米钻机将高压水(水压2.41～6.20 MPa)通过CHD钻杆输送至孔底马达，马达转子在高压水冲击下转动，钻进过程中，钻杆本身不旋转主要是推进作用，孔底马达旋转运动，从而降低钻机负载。
钻机配套的DGS钻进实时测量系统主要测量参数为方位角、倾角和弯接头方向，根据测量参数可用三角函数计算每一测量点坐标，即描绘该空间曲线在水平和垂直平面上的投影图，并与设计轨迹进行比对，根据偏差情况及时调整弯接头方向，以期使钻进轨迹最大限度符合设计要求。
近年来，五阳煤矿试验了多种预抽煤层条带瓦斯的区域防突措施，各种方法优缺点如下：1) 掘进工作面顺层预抽方式。
掘进工作面正头施工顺层预抽钻孔，钻孔深度120 m，允许掘进90 m，并网抽采时间长达2～3个月，抽采效果好，抽采时间长，导致掘进效率低下。
2) 顺层长钻孔预抽区段煤层瓦斯。
高瓦斯矿井采掘工作面瓦斯抽采技术方案设计
采 的 主 要 问 题 ， 透 气 性 煤 层 的 瓦 斯 强 化 低 抽 采 技 术 ， 治理 矿 井 瓦 斯 至关 重要 。 对 国内
单 一 煤 层 或 无 保 护 层 可 采 的 突 出 危 险 煤 层。 根据 煤 层 瓦 斯 涌 出 实 际 状 况 ， 进 工 作 掘
一
种 区 域性 的 防 治 煤 与 瓦 斯 突 出 的 措 施 ，
斯 事 故 的 发 生 。 全 国 目前 现 有 的 高 产 高 在
效矿 井 中 ， ７ 的 工 作 面 存 在严 重 或 较 严 有６ ％
重的瓦斯 问题 。
即 在 煤 层 采 掘 工 作 之 前 ， 行 大面 积 的 预 进
抽 采 率 ， 少 开 采 层 的 瓦 斯 涌 出 量 ， 图 减 见
２。
Ａ
图 ４ 裂 隙带 抽 采瓦 斯方 案 一
高 产 高 效 工 作 面 的 优 势 ， 当其 冲 的 问 题 排 煤 中瓦 斯 和 提 高 煤 体 强 度 均 能 有 效 地 防 压 力 ， 少 工 作 面 煤 体 瓦 斯 含 量 ， 轻 生 产 首 减 减 治瓦斯 灾害 。 因此 在 煤 矿 传 统 由通 风 解 决 过 程 中 煤 体 瓦 斯 释 放 量 。 抽 煤 层 瓦 斯 是 预 瓦 斯 问 题 向 由抽 采 瓦 斯 解 决 矿 井 瓦 斯 是 一 个观念 和技术 以及管理 方面的很 大转变 。
工业技术
ＳＣ ＴＮＧ２ Ｎ１ ＣＥ Ｅ０Ｙ０ Ｏ匝圆 Ｉ ＆ＣＬ １ ． Ｅ Ｈ０一 ０ Ｎ ２
高 瓦 斯 矿 井 采 掘 工 作 面 瓦斯 抽 采 技 术 方 案 设 计
许 旺
（ 山西潞 安矿 业集 团五 阳煤矿 山西长 治
阳泉五矿15_号煤层不同孔径的有效抽采半径对比研究
收稿日期:2022 02 06作者简介:高㊀明(1984-),男,山西阳泉人,工程师,从事瓦斯治理及绿色开采技术工作㊂doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2022.08.010阳泉五矿15号煤层不同孔径的有效抽采半径对比研究高㊀明(潞安化工集团五矿,山西阳泉㊀045000)摘㊀要:针对阳泉五矿15号煤层瓦斯含量赋存差异性大㊁钻孔抽采不具备穿层钻孔施工且瓦斯衰减快等问题,文章采用理论计算㊁实验室试验和现场实测等综合研究方法,利用顺煤层快速施工钻孔流量法测定有效抽采半径,研究了不同孔径条件下不同孔距的瓦斯抽采规律,重点探究了不同孔径条件下不同孔距的抽采钻孔的极限预抽率,从而确定了不同孔径钻孔有效抽采半径与时间关系,对于类似条件下的矿井瓦斯抽采工作具有参考与借鉴意义㊂关键词:不同孔径;顺煤层施工;瓦斯抽采规律;极限预抽率;有效半径中图分类号:TD712.6㊀㊀㊀文献标识码:B㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2022)08 0035 07㊀㊀目前,抽采半径测定方法主要有瓦斯含量降低法㊁钻孔瓦斯流量法和瓦斯压力降低法[1-3]㊂瓦斯压力降低法由于封孔与钻孔技术弊端,难以准确掌握瓦斯的真实压力[4-6]㊂采用瓦斯含量法进行抽采半径考察时,需要测不同间距处的瓦斯含量,一旦实测瓦斯含量未降至临界值以下,含量取样孔将破坏考察条件,致使考察孔无法继续考察,该方法只需测含量数据,操作简单,但需要根据测定过程的实际情况随时调整布孔方案,同时含量测定数据间误差大㊁不确定性因素多㊂而钻孔瓦斯流量法操作相对简单㊁测试成功率高,大量抽采数据统计能降低单个数据测试偏差,考察出的半径更接近于现场抽采工程实际,因此,本次瓦斯抽采半径考察以钻孔瓦斯流量法确定15号煤层不同孔径90mm㊁113mm 和133mm 的有效抽采半径㊂钻孔瓦斯流量法通过单孔抽采时间与流量关系计算出瓦斯抽采累计量,根据其他参数总抽采量㊁瓦斯含量㊁有效抽采率之间的相互关系得到不同时间条件下的有效抽采孔距,此方法简单易操作,结果较为准确㊂1㊀试验工作面概况及钻孔布置概况1.1㊀试验工作面概况五矿该次15号煤层瓦斯抽采半径考察的试验巷道设在8408工作面回风巷㊂8408工作面东北部为矿界,东南部为8406工作面(已采),西南部及西北部为采区大巷㊂在8408工作面回风巷选取一段长250m 的巷道作为现场试验地点㊂8408回风巷为煤巷,该巷道设计长度为664m,巷道为矩形断面,巷道宽度为5.40m,巷道高度为4.05m,巷道断面积为21.87m 2.该工作面15号煤层整体为一轴向北东的向斜形态,煤层倾角3~11ʎ,平均约7ʎ,煤层总厚度6.2m.1.2㊀试验钻孔的布置在15号煤层8408工作面试验施工3种孔径(90mm㊁113mm 和133mm)考察钻孔,每种考察钻孔布置3组平行顺层钻孔,组间距为10m,每组钻孔数3个,钻孔间距分别设计为5.5m㊁6m㊁6.5m.试验钻孔长度在115~119m,开孔高度为1.5m,倾角为1~3ʎ(沿煤层倾角),保证上向孔,钻孔抽采管采用PVC 管,连接到抽采管路上,安装孔板流量计(或其他瓦斯抽采多参数计量装置)分别记录单孔的瓦斯流量㊁瓦斯浓度和负压,测定结果见表1,抽采半径考察钻孔的布置如图1所示㊂㊀㊀从表1看出,试验区域实测原煤瓦斯含量为6.10~9.11m 3/t,最大瓦斯含量为9.11m 3/t,平均瓦斯含量为7.45m 3/t.㊀㊀抽采钻孔施工完毕后,采用囊袋式 三堵两注水泥砂浆封孔方式,封孔长度不低于15m㊂封孔管采用D 63mm 封孔管,每个单孔加装流量计,将钻孔连接到抽放管路上,试验期间确保抽采负压大于13kPa㊂利用瓦斯多参数管道测定仪测定并记录单孔的瓦斯抽采参数,包括抽采负压㊁浓度㊁流量等,试验钻孔接抽后,抽采前期(前20d)一般每天记录单孔抽采参数,中后期记录按3d一次(21d以后),中后期检测时间间隔根据前期考察情况可适当延长,该次五矿抽采半径考察孔的抽采计量统计时间均在1个月以上㊂表1㊀抽采半径考察钻孔竣工参数及瓦斯含量测定结果钻孔孔径类型组号孔号夹角/(ʎ)倾角/(ʎ)孔深/m煤孔段/m钻孔间距/m瓦斯含量/(m3㊃t-1) 51号90-2117117 5.5 6.58第一组53号90-2115115 5.5/55号90-1118118 5.5/59号90-2118806/90mm第二组61号90-21181186/64号90-311811869.1168号90-3118118 6.5/第三组71号90-2117117 6.5/74号90-3114114 6.5 6.1080号90-2117117 5.5/第一组82号90-411868 5.5 6.9184号90011870 5.5/88号90-2118706/ 113mm第二组90号90011711767.6593号900118736/97号90011887 6.5/第三组100号90011994 6.58.01103号90010350 6.5/110号900118118 5.5/第一组112号900115115 5.57.95114号900112112 5.5/118号9001191196/ 133mm第二组120号9001176567.68123号90-51181186/127号901117117 6.5/第三组130号90011795 6.57.06133号90-111798 6.5/图1㊀抽采半径考察布置钻孔示意2㊀不同孔径不同间距抽采钻孔的瓦斯抽采规律㊀㊀为了研究不同孔径条件下不同间距钻孔抽采效果,测定了瓦斯抽采量衰减系数(β)和钻孔初始瓦斯抽采量(Q c0)㊂通过按钻孔间距分组测定法,按照以下公式计算㊂2022年8月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀高㊀明:阳泉五矿15号煤层不同孔径的有效抽采半径对比研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第31卷第8期Q标况=Q工况P1T0 P0T1式中:Q标况为标准状态条件下的瓦斯流量,m3/min;Q工况为工况状态条件下的瓦斯流量, m3/min;P0为标准大气压力,取101325Pa;P1为抽采钻孔孔口绝对压力,井下大气压力为90025Pa;T 为抽采钻孔孔口瓦斯的绝对温度(T=273.2+t),K; T0为标准状态条件下的绝对温度,取273.2K;t为抽采孔口瓦斯的温度,ħ.大量实践表明,钻孔瓦斯抽采量Q ct与钻孔的抽采时间t符合如下负指数函数关系式:Q ct=Q c0e-βt式中:Q c0为初始瓦斯抽采量(百米钻孔), m3/min㊃hm-1;Q ct为百米钻孔抽采时间t下平均瓦斯抽采量,m3/min㊃hm-1;β为量衰减系数,d-1;t为抽采时间,d㊂对上式积分,得到任意t天内的钻孔瓦斯抽采总量Q ct:Q ct=ʏt0Q c0e-βt=1440ˑQ c0(1-e-βt)β式中:Q ct为t天内的钻孔瓦斯抽采总量,m3; Q ci为tңɕ时钻孔极限瓦斯抽采量,m3.2.1㊀孔径90mm钻孔瓦斯抽采规律间距为5.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.2709e-0.026t间距为6m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.35e-0.033t间距为6.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.31e-0.028t根据以上公式,可得不同钻孔间距下百米钻孔瓦斯抽采总流量与抽采时间关系如下:间距为5.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=15003.69(1-e-0.026t)间距为6m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=15272.73(1-e-0.033t)间距为6.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=15942.86(1-e-0.028t)2.2㊀孔径113mm钻孔瓦斯抽采规律间距为5.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:㊀㊀Q ct=0.2908e-0.026t间距为6m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.4192e-0.037t间距为6.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.3829e-0.033t根据以上公式,可得不同钻孔间距下百米钻孔瓦斯抽采总流量与抽采时间关系如下:间距为5.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16105.85(1-e-0.026t)间距为6m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16314.81(1-e-0.037t)间距为6.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16708.36(1-e-0.033t)2.3㊀孔径133mm钻孔瓦斯抽采规律间距为5.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.3969e-0.034t间距为6m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.3128e-0.027t间距为6.5m时,百米单孔抽采纯量与时间函数关系为:Q ct=0.3461e-0.03t根据以上公式,可得不同钻孔间距下百米钻孔瓦斯抽采总流量与抽采时间关系如下:间距为5.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16809.88(1-e-0.034t t)间距为6m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16682.67(1-e-0.027t)间距为6.5m时,抽采钻孔总流量与时间函数关系为:Q ct=16612.8(1-e-0.03t)从图2~图10可知,瓦斯流量随着抽采时间增加而减小,呈负指数关系衰减,而孔距越小,瓦斯抽采流量越大,表明在抽采时间㊁体积煤体和瓦斯含量同等条件下,钻孔间距越大,瓦斯抽采速度越慢,煤层瓦斯含量下降越慢㊂2022年8月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀高㊀明:阳泉五矿15号煤层不同孔径的有效抽采半径对比研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第31卷第8期图2㊀孔径90mm孔距5.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图3㊀孔径90mm孔距6m的百米瓦斯流量衰减趋势图图4㊀孔径90mm孔距6.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图5㊀孔径113mm孔距5.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图6㊀孔径113mm孔距6m的百米瓦斯流量衰减趋势图图7㊀孔径113mm孔距6.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图8㊀孔径133mm孔距5.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图图9㊀孔径133mm孔距6m的百米瓦斯流量衰减趋势图图10㊀孔径133mm孔距6.5m的百米瓦斯流量衰减趋势图3㊀不同孔径条件下不同间距的钻孔瓦斯预抽率与时间关系㊀㊀钻孔预抽煤层瓦斯效果的主要指标是瓦斯预抽率,它是指在一定抽采时间某一范围内瓦斯抽出量与钻孔瓦斯储量的比值关系:η=100Q/(LlM0rW0)式中:η为钻孔瓦斯预抽率,%;Q抽为t抽采时间内百米钻孔抽出的纯瓦斯量,m3,取Q ct;L为钻孔区域,m(孔间距5.5m㊁6m㊁6.5m);l为抽采钻孔长度,取100m;M0为煤厚,8408工作面煤厚取6.6m;r为煤密度,取1.35t/m3;W0为煤层原始条件下瓦斯含量,试验区域最大实测瓦斯含量,取9.11m3/t.其余以上符号意义同前㊂根据公式,瓦斯预抽率与时间关系如下: 1)㊀90mm孔径㊂间距为5.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=28.72(1-e-0.026t)间距为6m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=26.58(1-e-0.033t)间距为6.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=26.51(1-e-0.028t)2)㊀113mm孔径㊂间距为5.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=30.83(1-e-0.026t)间距为6m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=28.39(1-e-0.037t)间距为6.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=26.84(1-e-0.033t)3)㊀133mm孔径㊂间距为5.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=31.91(1-e-0.034t)间距为6m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=29.02(1-e-0.027t)间距为6.5m时,百米瓦斯抽采钻孔瓦斯预抽率与时间函数关系为:η=26.91(1-e-0.03t)由图11~图13可知,不同孔径条件下不同孔间距的抽采率都存在一个上限值,当达到预抽率后,再增加时间,抽采率不再增加,孔间距增加,抽采率降低,当孔间距增加后瓦斯抽采极限预抽率仍低于抽采达标标准值时,增加抽采时间也不可能使煤层抽采达标㊂图11㊀孔径90mm 不同间距钻孔瓦斯预抽率图图12㊀孔径113mm 不同间距钻孔瓦斯预抽率图图13㊀孔径133mm不同间距钻孔瓦斯预抽率图4㊀瓦斯抽采达标下预抽率确定根据‘煤矿瓦斯抽采基本指标“(AQ1026-2006)相关规定[7]:瓦斯抽采达标时的预抽率可以根据原始瓦斯含量和残余瓦斯含量计算得出:η=(W0-W残余)/W0式中:η为钻孔瓦斯的预抽率,%;W0为煤层原始条件下最大瓦斯含量,试验地点最大瓦斯含量取9.11m3/t;W残余为抽采达标后的煤层平均残余瓦斯含量,m3/t.达标残余瓦斯含量和可解吸瓦斯量参照表2[7]判定采煤工作面评价范围瓦斯抽采效果是否达标㊂表2㊀采煤工作面回采前煤层可解吸瓦斯量应达到的指标值可解吸瓦斯量W j/(m3㊃t-1)工作面日产量/tɤ8ɤ1000ɤ71001~2500ɤ62501~4000ɤ5.54001~6000ɤ56001~8000ɤ4.58001~10000ɤ4>10000根据五矿工作面生产情况,考虑回采期间工作面瓦斯治理工作,该次抽采半径考察预抽率计算以煤层可解吸瓦斯含量小于4m3/t为依据,同时根据华北科技学院对五矿15号煤层测定的瓦斯基础参数测定结果可知,五矿15号煤残存瓦斯含量为2.68~3.97m3/t,平均3.51m3/t,该次计算残存瓦斯含量取2.68m3/t.综上所述,煤层残余瓦斯含量的最大值为煤层残存瓦斯含量2.68m3/t加上前述依据工作面日产量取值的最大值可解吸瓦斯含量4m3/t之和,即6.68m3/t,小于8m3/t,将其与试验地点最大瓦斯含量9.11m3/t代入到上述公式中,计算得到煤层抽采达标预抽率η为26.67%.5㊀有效抽采半径确定根据在不同抽采时间条件下对应的煤层瓦斯预抽率,其结果见表3~表5.1)㊀目标预抽率的确定㊂工作面瓦斯目标抽采率为26.67%.2)㊀抽采钻孔布置方式的确定㊂如上所述,工作面瓦斯预抽率必须能够达到目标值26.67%时才能抽采达标㊂①孔径90mm㊂根据表3可知:孔径90mm钻孔,预抽期120d,钻孔间距为5.5m时,预抽率达到26.67%,其他钻孔间距均还未抽采达标,因此确定工作面合理预抽时间为120d㊁钻孔间距为5.5m㊁抽采半径为2.75m.钻孔孔径90mm,孔距为6m和6.5m时,即抽采率分别为26.58%和26.5%,抽采多久都无法抽采达标㊂表3㊀孔径90mm不同钻孔间距瓦斯预抽率与时间关系抽采时间/d不同钻孔间距的预抽率/%5.5m6m6.5m3015.5516.7015.076022.6822.9121.579025.9525.2224.3812027.4526.0725.5915028.1426.3926.1118028.4526.5126.3421028.6026.5526.4424028.6626.5726.4827028.6926.5826.5030028.7126.5826.50㊀㊀注:表中26.67%为目标预抽率,小于26.67%的范围为无效值㊂根据表4可知:孔径113mm钻孔,预抽期90d,钻孔间距为5.5m和6m时,预抽率达到26.67%,其他钻孔间距均还未抽采达标㊂表4㊀孔径113mm不同钻孔间距瓦斯预抽率与时间关系抽采时间/d不同钻孔间距的预抽率/%5.5m6m6.5m3016.7019.0316.876024.3525.3123.139027.8627.3725.4612029.4728.0626.3315030.2128.2826.6518030.5428.3526.7721030.7028.3826.8124030.7728.3926.8327030.8028.3926.8430030.8228.3926.84㊀㊀注:表中26.67%为目标预抽率,小于26.67%的范围为无效值㊂预抽期180d,钻孔间距为5.5m时预抽率达到30.54%;钻孔间距为6m时预抽率达到28.35%;钻孔间距为6.5m时预抽率达到26.77%㊂预抽期180d后,5.5m㊁6m㊁6.5m钻孔间距均抽采达标,即均达到目标预抽率要求,从预抽时间和工程量综合比较,合理工作面预抽时间为180d㊁钻孔间距6.5m㊁抽采半径为3.25m.预抽期180d后,5.5m㊁6m和6.5m钻孔间距均可抽采达标㊂综上所述,钻孔孔径113mm时,确定工作面合理预抽时间为180d㊁钻孔间距为6.5m㊁抽采半径为3.25m.根据表5可知:孔径133mm钻孔,预抽期60d,钻孔间距为5.5m,预抽率达到26.67%,其他钻孔间距均还未抽采达标;预抽期120d,钻孔间距为6m,预抽率达到26.67%,其他钻孔间距均还未抽采达标㊂预抽期180d,钻孔间距为5.5m时,达到31.84%预抽率;钻孔间距为6m 时达到28.8%预抽率;钻孔间距为6.5m 时达到26.79%预抽率㊂预抽期180d 后,5.5m㊁6m㊁6.5m 钻孔间距均抽采达标,即均达到目标预抽率要求,从工程量㊁预抽时间综合比较,确定工作面合理预抽时间为180d㊁钻孔间距为6.5m㊁抽采半径为3.25m㊂预抽期180d后,5.5m㊁6m 和6.5m 钻孔间距均可抽采达标㊂表5㊀孔径133mm 不同钻孔间距瓦斯预抽率与时间关系抽采时间/d不同钻孔间距的预抽率/%5.5m6m6.5m3020.4016.1115.976027.7623.2822.469030.4126.4725.1012031.3727.8826.1715031.7228.5126.6118031.8428.8026.7921031.8828.9226.8624031.9028.9826.8927031.9129.0026.9030031.9129.0126.91㊀㊀注:表中26.67%为目标预抽率,小于26.67%的范围为无效值㊂综上所述,钻孔孔径133mm 时,确定工作面合理预抽时间为180d㊁钻孔间距为6.5m㊁抽采半径为3.25m.根据钻孔抽采规律特性和通过理论计算,得出不同孔径钻孔有效抽采半径与时间关系(表6).表6㊀不同孔径钻孔有效抽采半径与时间关系抽采天数/d不同孔径钻孔有效抽采半径/m90mm113mm133mm100.730.860.8820 1.28 1.49 1.5130 1.69 1.95 1.9760 2.40 2.72 2.75902.753.00 3.00180 2.753.253.25根据表6可知,初步确定孔径90mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.28m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.4m;确定孔径113mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.49m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.72m;确定孔径133mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.51m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.75m.3)㊀抽采时间的确定㊂按照上述分析,在同样煤层瓦斯赋存条件下,孔径90mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.28m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.4m,工作面预抽90d 的合理有效抽采半径为2.75m;孔径113mm钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.49m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.72m,工作面预抽90d 的合理有效抽采半径为3m,工作面预抽180d 的合理有效抽采半径为3.25m;孔径133mm 钻孔,工作面预抽20d 的合理有效抽采半径为1.51m,工作面预抽60d 的合理有效抽采半径为2.75m,工作面预抽120d 的合理有效抽采半径为3m,工作面预抽180d 的合理有效抽采半径为3.25m.6㊀结㊀语1)㊀获得了不同孔径不同孔间距下瓦斯抽采规律,瓦斯流量随着抽采时间的增加而减小,呈负指数关系衰减,而孔距越小,瓦斯抽采流量越大,表明在抽采时间㊁体积煤体和瓦斯含量同等条件下,钻孔间距越大,瓦斯抽采速度越慢,煤层瓦斯含量下降越慢㊂2)㊀测定了不同孔径下不同钻孔间距的抽采钻孔极限预抽率,间距5.5m 时钻孔极限预抽率分别为28.72%㊁30.83%㊁31.91%;间距6m 时钻孔极限预抽率分别为26.58%㊁28.39%㊁29.02%;间距6.5m 时钻孔极限预抽率为26.51%㊁26.84%㊁26.91%.3)㊀根据不同孔径钻不同孔间距下瓦斯抽采规律和抽采钻孔的极限预抽率,确定了不同孔径钻孔有效抽采半径与时间关系,对于类似条件下的矿井瓦斯抽采工作具有参考与借鉴意义㊂参考文献:[1]㊀中国煤炭工业协会.GB /T 23250 2009煤矿井下煤层瓦斯含量直接测定方法[S].北京:中国标准出版社,2009.[2]㊀任仲久.基于FLUENT 的瓦斯抽采半径规律研究[J].能源与环保,2018,40(2):34-37,42.[3]㊀郝富昌,刘明举,孙丽娟.基于多物理场耦合的瓦斯抽放半径确定方法[J].煤炭学报,2013,38(S1):106.[4]㊀郝富昌,刘明举,孙丽娟.瓦斯抽采半径确定方法的比较及存在问题研究[J].煤炭科学技术,2012,40(12):55-58.[5]㊀徐青伟,王兆丰,王立国.有效抽采半径与考察区域形状及布孔间距的关系研究[J].煤矿安全,2018,49(4):144-147.[6]㊀余㊀陶,卢㊀平,孙金华,等.基于钻孔瓦斯流量和压力测有效抽采半径[J].采矿与安全工程学报,2012,29(4):596-600.[7]㊀国家安全生产监督管理总局.AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标[S].北京:北京工业出版社,2006.[责任编辑:路㊀方]。
五阳煤矿7601工作面裂隙带瓦斯抽放试验研究
五阳煤矿7601工作面裂隙带瓦斯抽放试验研究
杨文兵
【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2009(018)005
【摘要】针对五阳煤矿7601回采工作面通过采用裂隙带瓦斯抽放技术治理瓦斯,有效遏制了高瓦斯涌出对矿井带来的威胁,确保了矿井的安全高效生产.
【总页数】3页(P58-59,74)
【作者】杨文兵
【作者单位】潞安环能股份公司,五阳煤矿,山西,长治,046205
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
【相关文献】
1.五阳煤矿7601综放面瓦斯浓度分布规律分析 [J], 赵丽芳;陈开岩;牛建堂;王强;贾剑;司俊鸿;李尚国
2.榆阳煤矿2301工作面导水裂隙带高度的数值模拟 [J], 梁世伟
3.五阳煤矿7607综采工作面综合灭火措施 [J], 张志晶; 孟龙川; 杜珮颖
4.综采工作面液压支架回撤装置在五阳煤矿的应用 [J], 邢志强
5.五阳煤矿综放工作面提高煤炭回收率的技术与方法 [J], 宋晓彪
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煤矿开采的瓦斯治理技术优化
汇报人：可编辑 2024-01-01
目 录
• 瓦斯治理技术概述 • 瓦斯抽放技术 • 瓦斯利用技术 • 瓦斯监控技术 • 瓦斯治理技术优化的挑战与对策
01
瓦斯治理技术概述
瓦斯治理的重要性
01
保障煤矿安全生产
瓦斯是煤矿开采中的主要危险源 之一，有效的瓦斯治理是确保煤 矿安全生产的关键。
按照利用方式，瓦斯利用技术可分为直接利用和间接利用两种。
直接利用是指将瓦斯直接燃烧或用于化工原料，如用于燃气发电、燃气供暖等；间接利用是指将瓦斯进行加工后再利用，如 将瓦斯液化后作为燃料或用于生产炭黑等。
瓦斯利用技术的应用场景
瓦斯发电是瓦斯利用的重要 领域之一，通过将煤矿中的 瓦斯收集起来，经过处理后 用于燃气发电机组发电，能
02
完善相关政策和法规，鼓励企业加大对瓦斯利用技 术的投入和推广力度。
03
加强国际合作和交流，引进国外先进的瓦斯利用技 术和经验，促进我国瓦斯利用技术的发展。
04
瓦斯监控技术
瓦斯监控技术的原理
瓦斯监控技术是通过安装瓦斯传感器，实时监测矿井内的瓦斯浓度、温度、压力等参数，并将数据传 输至监控中心进行实时分析和预警。
瓦斯利用技术
将抽出的瓦斯进行收集、加工和利用，如发电、供热 等，实现资源化利用。
瓦斯治理技术的发展历程
初始阶段
早期的瓦斯治理主要是通风技术 ，通过自然通风和机械通风来稀 释井下瓦斯。
发展阶段
随着科技的发展，抽放技术逐渐 成为主流，通过地面或井下抽放 泵抽取煤层中的瓦斯。
成熟阶段
近年来，瓦斯利用技术逐渐成熟 ，将抽出的瓦斯进行收集、加工 和利用，实现资源化利用和减排 。
煤矿单一煤层开采采空区瓦斯抽采优化研究
·22·
1.80 1.60 1.40
22号孔 33号孔
1.20
75号孔
1.00 0.80
76号孔
0.60
0.40
0.20
0
5
10
15
20
25
30
时间/d
图 5 瓦斯抽采效果对比图
采取 2 种方案后，2 个高位钻孔 （75 号孔和 76 号 孔） 平均纯量为 0.75 m3/min，而未采取 2 种优化方案的 高位钻孔平均纯量为 0.56 m3/min，未采取 2 种优化方案的 低位钻孔 （22 号孔和 33 号孔） 平均纯量为 0.61 m3/min。
0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02
0 煤壁 输送机上部 人行道 立柱间 采空区 测点位置
a) 生产班
5架 15架 25架 35架 45架
0.12
0.10
0.08
5架
15架
0.06
25架
0.04
35架
45架
0.02
0 煤壁 输送机上部 人行道 立柱间 采空区
测点位置
a) 生产班
0.30
0.25
0.20
55架
65架
0.15
75架
0.10
85架
95架
0.05
0 煤壁 输送机上部 人行道 立柱间 采空区
测点位置
b) 检修班 图 2 采煤工作面中部横断面瓦斯体积分数分布
0.7
0.6
0.5
105架
0.4
顶板瓦斯高抽巷采动变形机理及优化布置研究
1、绪论 2、顶板瓦斯高抽巷的采动变形特征 3、顶板瓦斯高抽巷底鼓的力学机理分析 4、顶板瓦斯高抽巷优化布置研究 5、顶板瓦斯高抽巷抽采性能优化研究 6、主要结论
1
岩层移动与绿色开采课题组
一、绪论
１、问题的提出
在高瓦斯矿区的煤层群条件下，综放工作面的瓦斯 涌出主要由本煤层和邻近层瓦斯涌出构成。以阳泉矿区 为例，该矿区采用综放开采的工作面均布置在最下方的 15号煤层中，在综放面瓦斯涌出方面，本煤层瓦斯约占 10%，邻近层瓦斯占90%。
0.10
0.00
-6
-4
-2
0
2
距巷道中线/m
采空区后方60m 采空区后方80m
4
6
（c）高抽巷位于采空区后方60、80m 表2-3 顶底板相对移近量一览表
距高抽巷/m -40
0
40
60
80
100
120
140
最大值/m 0.020 0.050 0.32 1.34 2.14 2.26 2.31 2.43
2) 高抽巷：由于高抽巷本身的密闭性，正常情况下工作 人员便无法进入，因此对高抽巷的采动变形规律缺乏系统研究， 更无法掌握高抽巷布设的最佳空间位置，其设计和支护主要依 靠现场经验，这些都制约了高抽巷的使用效果。
4
岩层移动与绿色开采课题组
一、绪论
３、研究内容与方法
采用数值模拟，明确以走向高抽巷为代表的顶板巷道 的采动变形破坏特征；（怎样破坏？）
最大变形/% 0.73% 1.98% 12.84% 53.40% 85.26% 90.56% 92.17% 95.56%
16
岩层移动与绿色开采课题组
二、顶板瓦斯高抽巷的采动变形特征
五阳煤矿井筒检查孔抽水试验数据的优化处理
１ 水 平渗 透系数 影响半径 闩的确定
以五 阳煤 矿南 岭进 风井 井筒 检查 孑 Ｌ 二 叠 系上二
采用裘布依公式 Ｋ＝０ ． ３ ６ ６
』 Ｈ Ｕ
ｌ ｇ ｒ和吉哈尔
－
特经验公式 Ｒ＝１ ０ Ｓ
进行迭代换算来求 Ｋ 值和尺
抽水试 验 的数据 进行 处理 ， 从 而得 到含 水层 的更 接近 于 实 际的水 文地质 参 数 ， 最终 得 到对含 水
层 富水 性 的准 确评价 。
关键词 ： 抽水试验数据； 一元线性回归模型； 水文地质参数 ； 含 水层富抽 陛
中图分类号 ： Ｐ ６ ４ １ ． ４ 文献标 志码 ： Ｂ
ｙ ｉ ｅ ｌ ｄ ｐｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ ｑｕ ｉ ｆ ｅ ｒ ． Ｂｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｓ ｌ ｏ ｐｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｔｈ ｅ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｕ ｌ ａ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎｅ ｄ Ｄｕ ｐｕ ｉ ｔ Ｓ ｅ ｑ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ、 ａ ｌ ｉ ｎ － ｅ ａ ｒ ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｔ ｏ ｄ ｅ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｐ ｕｍｐｉ ｎｇ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄａ ｔ ａ ｏ ｆ Ｐｉ ｌ ｏ ｔ ｈｏ ｌ ｅ ｏ ｆ Ｎａ ｎ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ａ ｋｅ ｓ ｈａ ｆ ｔ ｏ ｆ Ｗｕ ｙ ａ ｎｇ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ， ｔ ｈｕ ｓ ｗｅ ｃ ａ ｎ ｇ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄｒ ｏ ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ａ ｑ ｕ ｉ ｆ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｔ ｕａ ｌ ，Ｆｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ｗｅ ｃ ａ ｎ ｇ ｅ ｔ ｔ ｈｅ ａ ｃ— ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｙ ｉ ｅ ｌ ｄ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｔｙ ｒ ｏ ｆ ａ ｑｕ ｉ ￣ｒ ．
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２ ． 河 南 煤 化 永城 煤 电集 团城 郊 煤 矿 ， 河 南 永城 ４ ７ ６ ６ ０ ０； ３ ． 神 华 神 东煤 炭 集 团保 德 煤矿 ， 山西 忻 州 ０ ３ ６ ６ ０ ０ ）
摘要 ： 针对 五 阳煤矿 煤层 松软 、 透 气性低 、 瓦 斯抽 采 困难 等 问题 ， 以瓦 斯抽 采 技 术 为主 要研 究 内容 ， 结合该 矿 生产现 状 ， 应用 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ软件 建 立模 型 ， 通 过数 值模 拟对 瓦斯 抽采 效 果 的影 响 因素进 行 了系统 的 分 析 。研 究 了边 掘边 抽 的抽采 工 艺 ， 优 化 了瓦斯抽 采 系统 的抽采 钻孔 的合 理夹 角 ， 对 瓦斯抽 采 效果 进 行 了分析 。在 此基 础上 ， 针对 目前 瓦斯 抽采 系统 存在 的主 要 问题 ， 提 出解 决方 案 ， 以提 高 瓦斯 抽采 率 ， 确保
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文章 编 号 ： １ ０ ０ ８ — ４ ４ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ２ ９ － ０ ４
五 阳煤 矿 瓦 斯 抽 采 参 数 优 化 研 究
高 宏 ， 杨永生 ， 康先 勇。 ， 李 江涛
（ １ ． 煤炭科 学研 究总院沈 阳研 究院 煤矿安全技术 国家重点 实验 室， 辽宁 沈阳 １ １ ０ ０ １ ６ ；
第与 环 保
ＭＩ ＮＩ ＮＧ Ｓ ＡＦＥＴＹ ＆ ＥＮＶＩ ＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＰＲＯＴＥＣＴＩ ＯＮ
Ｖｏ １ ． ４ ０ Ｎｏ ． ３
２ ０ １ ３年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
高宏 ， 杨永 生， 康先勇 ， 等． 五 阳煤矿 瓦斯抽采参数优化研 究［ Ｊ ］ ． 矿业 安全 与环保 ， ２ ０ １ ３ ， ４ ０ （ ３ ） ： ２ ９ － ３ ２