论文部分内容阅读
【摘要】张集矿北一6煤处于突出危险区内，且6煤层为松软低透气性煤层，抽放难度大。为提高突出危险煤层的抽采效果，简化穿层钻孔布置，决定在17216底板巷向17216工作面打向上穿层钻孔，以水力冲孔为手段，以强化增透为目的，开展水力冲孔和穿层钻孔相关参数的试验研究。
【关键词】松软低透气性煤层；增透措施；水力冲孔
1、概况
张集矿6煤为突出煤层，6煤厚4.5m，煤层平均倾角30，属半暗～半亮型煤。实测6煤层瓦斯压力在1.25MPa～1.69Mpa，瓦斯瓦斯含量在5.0m3/t～6.64m3/t之间；测定的6煤坚固性系数f值在0.6～0.8之间；6 煤层未卸压时钻孔瓦斯流量衰减系数平均0.48d-1，透气性系数为 0.054m2/MPa2·d，说明北一6煤为松软低透气性难抽放煤层。为提高突出危险煤层的抽采效果，简化穿层钻孔布置，决定在17216底板巷向17216工作面打向上穿层钻孔，以水力冲孔为手段，以强化增透为目的，开展水力冲孔和穿层钻孔相关参数的试验研究。
2、水力冲孔布置
2.1试验的主要设备
水力冲孔增透设备主要包括：冲孔钻头、高压旋转水尾、高压水泵及水箱、高压钻杆及胶管、高压闸阀等。本次试验钻孔施工采用ZYG-150型液压钻机，Ф50×750mm光钻杆，岩孔施工采用Ф94复合片钻头，穿煤采用PZCK-C-4喷头。水力冲孔采用 RB125/31.5型乳化液泵，工作压力31.5Mpa，流量125L/min。连接管路使用1寸20Mpa的高压胶管。
2.2水力冲孔钻孔的设计方案
本次水力冲孔试验一共布置两组以考察水力冲孔的影响半径，分别为间距5m和7.5m的两组孔，冲孔位置都选在17216底抽巷。
第一组钻孔布置在17216底抽巷30#～31#钻场之间，各钻孔之间的距离为5m，第二组钻孔布置在29#～30#之间，各钻孔之间的距离为 7.5m。两组中的1#孔为水力冲孔，2#～4#孔为测压孔，钻孔布置设计参数见表2-2-1，钻孔布置平面图见图2-2-2。
钻孔号 方位角（°） 孔径
（mm） 倾角（°） 见煤
（m） 止煤
（m） 孔深
（m）
30#～31#
钻场 1# -90 133 46 18 22.5 23
2# -90 75 46 18 22.5 23
3# -90 75 46 18 22.5 23
4# -90 75 46 18 22.5 23
29#～301#
钻场 1# -90 153 40 15 19 22
2# -90 75 40 15 19 22
3# -90 75 40 15 19 22
4# -90 75 40 15 19 22
表 2-2-1 钻孔布置设计参数表
第一组、第二组2#、3#、4#测压孔施工完毕后立即封孔测压，两组测压孔压力表趋于稳定后的读数如下表2-2-2。
组 第一组（30#～31#钻场间） 第二组（29#～30#钻场间）
测压孔孔号 2# 3# 4# 2# 3# 4#
压力（MPa） 1.46 0.8 0.42 0.42 0.35 0.23
表2-2-2 冲孔前测压孔压力表读数
2.3水力冲孔实验情况
每组1#孔，水力冲孔钻孔施工记录如下表2-3-1
组数 施工地点 孔号 方位
（°） 倾角（°） 孔径（mm） 实际孔深（m） 见煤情况
第一组 30#～
31#钻场 1# -90 46 133 20.7 10m 见 6 煤水力冲孔，冲煤4.67 吨
第二组 29#～
30#钻场 1# -90 40 153 20 9m 见 6 煤水力冲孔，冲煤3 吨
表2-3-1水力冲孔钻孔实际施工参数记录表
3、水力冲孔效果
第一组水力冲孔（30#～31#之间）水力冲孔结束后，立即进行合茬抽采，抽采负压30MPa，抽采浓度为30%～40%之间，压力表观测结果见表3-1所示，考察孔抽采率如表3-2所示。第一组 1#水力冲孔合茬抽采后，4#钻孔在冲孔抽采40天后，瓦斯压力依然保持在0.39MPa，残余瓦斯含量为3.35m3/t，与水力冲孔前变化不大，分析认为4#钻孔（与抽采孔的距离为15m）不属于冲孔抽采半径范围。
日期 30#～31#之间压力表读数（依次由内向外） 日期 29#～30#之间压力表读数（依次由外向内）
4# 3# 2# 4# 3# 2#
2010-8-2 0.42 0.79 1 2010-10-24 0.21 0.33 0.40
2010-8-5 0.42 0.79 0.98 2010-10-25 0.20 0.33 0.40
2010-8-11 0.46 0.79 0.88 2010-10-31 0.19 0.30 0.36
2010-8-19 0.44 0.79 0.78 2010-11-3 0.19 0.28 0.34
2010-8-21 0.44 0.78 0.76 2010-11-5 0.19 0.28 0.35
2010-8-28 0.41 0.75 0.70 2010-11-9 0.12 0.23 0.28
2010-9-1 0.39 0.74 0.67 2010-11-11 0.13 0.21 0.27
2010-9-11 0.37 0.7 0.61 2010-11-13 0.11 0.19 0.25
2010-9-14 0.39 0.68 0.6 2010-11-18 0.08 0.17 0.24
表 3-1 水力冲孔后压力表读数
30-31#钻场 29-30#钻场
孔号 扩孔抽采 扩孔抽采 扩孔抽采 扩孔抽采 扩孔抽采 扩孔抽采
前 （20天） （40天） 前 （15天） （25天）
2#含量（m3/t） 6.64 5.17 4.56 3.51 3.13 2.41
抽放率（%） 22.10 31.29 10.8 31.3
3#含量（m3/t） 5.03 4.95 4.76 3.13 2.69 2.02
抽放率（%） 1.5 5.4 14.1 35.5
4#含量（m3/t） 3.51 3.51 3.35 2.33 2.02 1.26
抽放率（%） 0 4.5 13.3 45.9
表3-2 钻场之间水力冲孔后考察孔煤层瓦斯抽采率
第二组水力冲孔（29#～30#之间）水力冲孔结束后，1#水力冲孔合茬抽采25天后，3个测压孔的瓦斯含量下降均十分明显。抽采15天后，2#测压孔瓦斯含量由原来的3.51m3/t下降至3.13m3/t，抽放率为 10.8%。抽采25天后，2#测压孔瓦斯含量下降至2.41m3/t，抽放率为 31.3%，说明2#测压孔在水力冲孔的影响范围之内。虽然3#和4#测压孔的瓦斯含量变化也十分明显，但通过第一组水力冲孔试验得出的结论可得出它们均不在水力冲孔的影响范围之内。3#和4#测压孔瓦斯含量之所以变化如此明显，可能是由于测压孔封孔不严密漏气所致。经综合分析，17216煤层水力冲孔后，穿层钻孔有效抽采半径为约10m。
【关键词】松软低透气性煤层；增透措施；水力冲孔
1、概况
张集矿6煤为突出煤层，6煤厚4.5m，煤层平均倾角30，属半暗～半亮型煤。实测6煤层瓦斯压力在1.25MPa～1.69Mpa，瓦斯瓦斯含量在5.0m3/t～6.64m3/t之间；测定的6煤坚固性系数f值在0.6～0.8之间；6 煤层未卸压时钻孔瓦斯流量衰减系数平均0.48d-1，透气性系数为 0.054m2/MPa2·d，说明北一6煤为松软低透气性难抽放煤层。为提高突出危险煤层的抽采效果，简化穿层钻孔布置，决定在17216底板巷向17216工作面打向上穿层钻孔，以水力冲孔为手段，以强化增透为目的，开展水力冲孔和穿层钻孔相关参数的试验研究。
2、水力冲孔布置
2.1试验的主要设备
水力冲孔增透设备主要包括：冲孔钻头、高压旋转水尾、高压水泵及水箱、高压钻杆及胶管、高压闸阀等。本次试验钻孔施工采用ZYG-150型液压钻机，Ф50×750mm光钻杆，岩孔施工采用Ф94复合片钻头，穿煤采用PZCK-C-4喷头。水力冲孔采用 RB125/31.5型乳化液泵，工作压力31.5Mpa，流量125L/min。连接管路使用1寸20Mpa的高压胶管。
2.2水力冲孔钻孔的设计方案
本次水力冲孔试验一共布置两组以考察水力冲孔的影响半径，分别为间距5m和7.5m的两组孔，冲孔位置都选在17216底抽巷。
第一组钻孔布置在17216底抽巷30#～31#钻场之间，各钻孔之间的距离为5m，第二组钻孔布置在29#～30#之间，各钻孔之间的距离为 7.5m。两组中的1#孔为水力冲孔，2#～4#孔为测压孔，钻孔布置设计参数见表2-2-1，钻孔布置平面图见图2-2-2。
钻孔号 方位角（°） 孔径
（mm） 倾角（°） 见煤
（m） 止煤
（m） 孔深
（m）
30#～31#
钻场 1# -90 133 46 18 22.5 23
2# -90 75 46 18 22.5 23
3# -90 75 46 18 22.5 23
4# -90 75 46 18 22.5 23
29#～301#
钻场 1# -90 153 40 15 19 22
2# -90 75 40 15 19 22
3# -90 75 40 15 19 22
4# -90 75 40 15 19 22
表 2-2-1 钻孔布置设计参数表
第一组、第二组2#、3#、4#测压孔施工完毕后立即封孔测压，两组测压孔压力表趋于稳定后的读数如下表2-2-2。
组 第一组（30#～31#钻场间） 第二组（29#～30#钻场间）
测压孔孔号 2# 3# 4# 2# 3# 4#
压力（MPa） 1.46 0.8 0.42 0.42 0.35 0.23
表2-2-2 冲孔前测压孔压力表读数
2.3水力冲孔实验情况
每组1#孔，水力冲孔钻孔施工记录如下表2-3-1
组数 施工地点 孔号 方位
（°） 倾角（°） 孔径（mm） 实际孔深（m） 见煤情况
第一组 30#～
31#钻场 1# -90 46 133 20.7 10m 见 6 煤水力冲孔，冲煤4.67 吨
第二组 29#～
30#钻场 1# -90 40 153 20 9m 见 6 煤水力冲孔，冲煤3 吨
表2-3-1水力冲孔钻孔实际施工参数记录表
3、水力冲孔效果
第一组水力冲孔（30#～31#之间）水力冲孔结束后，立即进行合茬抽采，抽采负压30MPa，抽采浓度为30%～40%之间，压力表观测结果见表3-1所示，考察孔抽采率如表3-2所示。第一组 1#水力冲孔合茬抽采后，4#钻孔在冲孔抽采40天后，瓦斯压力依然保持在0.39MPa，残余瓦斯含量为3.35m3/t，与水力冲孔前变化不大，分析认为4#钻孔（与抽采孔的距离为15m）不属于冲孔抽采半径范围。
日期 30#～31#之间压力表读数（依次由内向外） 日期 29#～30#之间压力表读数（依次由外向内）
4# 3# 2# 4# 3# 2#
2010-8-2 0.42 0.79 1 2010-10-24 0.21 0.33 0.40
2010-8-5 0.42 0.79 0.98 2010-10-25 0.20 0.33 0.40
2010-8-11 0.46 0.79 0.88 2010-10-31 0.19 0.30 0.36
2010-8-19 0.44 0.79 0.78 2010-11-3 0.19 0.28 0.34
2010-8-21 0.44 0.78 0.76 2010-11-5 0.19 0.28 0.35
2010-8-28 0.41 0.75 0.70 2010-11-9 0.12 0.23 0.28
2010-9-1 0.39 0.74 0.67 2010-11-11 0.13 0.21 0.27
2010-9-11 0.37 0.7 0.61 2010-11-13 0.11 0.19 0.25
2010-9-14 0.39 0.68 0.6 2010-11-18 0.08 0.17 0.24
表 3-1 水力冲孔后压力表读数
30-31#钻场 29-30#钻场
孔号 扩孔抽采 扩孔抽采 扩孔抽采 扩孔抽采 扩孔抽采 扩孔抽采
前 （20天） （40天） 前 （15天） （25天）
2#含量（m3/t） 6.64 5.17 4.56 3.51 3.13 2.41
抽放率（%） 22.10 31.29 10.8 31.3
3#含量（m3/t） 5.03 4.95 4.76 3.13 2.69 2.02
抽放率（%） 1.5 5.4 14.1 35.5
4#含量（m3/t） 3.51 3.51 3.35 2.33 2.02 1.26
抽放率（%） 0 4.5 13.3 45.9
表3-2 钻场之间水力冲孔后考察孔煤层瓦斯抽采率
第二组水力冲孔（29#～30#之间）水力冲孔结束后，1#水力冲孔合茬抽采25天后，3个测压孔的瓦斯含量下降均十分明显。抽采15天后，2#测压孔瓦斯含量由原来的3.51m3/t下降至3.13m3/t，抽放率为 10.8%。抽采25天后，2#测压孔瓦斯含量下降至2.41m3/t，抽放率为 31.3%，说明2#测压孔在水力冲孔的影响范围之内。虽然3#和4#测压孔的瓦斯含量变化也十分明显，但通过第一组水力冲孔试验得出的结论可得出它们均不在水力冲孔的影响范围之内。3#和4#测压孔瓦斯含量之所以变化如此明显，可能是由于测压孔封孔不严密漏气所致。经综合分析，17216煤层水力冲孔后，穿层钻孔有效抽采半径为约10m。