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，煤屑通過排渣噴嘴從鉆孔內(nèi)排出，幾乎沒有煤屑排出時(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)測定
各鉆孔在施工時(shí)進(jìn)入煤層后我們?nèi)∶簶油ㄟ^現(xiàn)場解吸、回歸計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室解吸測得其解吸量、損失量、殘存量，從而得到煤樣的原始瓦斯含量。測定結(jié)果見下表。
從上表可以看出，在考察研究之前測定的實(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長和2m長2根Φ159mm鍍鋅鐵管，分別作為測壓管和注漿管，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，通過注漿管向鉆孔內(nèi)注水泥漿，直到水泥漿從測壓管管口流出后，即停止注漿。等48小時(shí)水泥硬化后，在測壓管外口處接入壓力表，進(jìn)行被動(dòng)測壓。經(jīng)過21天的測壓周期，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
流量測定結(jié)束后，1#、2# 鉆孔為第一組，3#、4# 鉆孔為第二組分別通過高壓膠管接入抽放管路進(jìn)行抽放。
在2組抽放鉆孔接入抽放管路的位置各留測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)測抽放參數(shù)，由監(jiān)測結(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)鉆孔的測壓管外口安裝壓力表，測定抽放15天后的殘余瓦斯壓力。
經(jīng)過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。
一、瓦斯含量壓力及透氣性系數(shù)測定
各鉆孔在施工時(shí)進(jìn)入煤層后我們?nèi)∶簶油ㄟ^現(xiàn)場解吸、回歸計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室解吸測得其解吸量、損失量、殘存量，從而得到煤樣的原始瓦斯含量。測定結(jié)果見下表。
|
各鉆孔煤樣瓦斯含量測定結(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長和2m長2根Φ159mm鍍鋅鐵管，分別作為測壓管和注漿管，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，通過注漿管向鉆孔內(nèi)注水泥漿，直到水泥漿從測壓管管口流出后，即停止注漿。等48小時(shí)水泥硬化后，在測壓管外口處接入壓力表，進(jìn)行被動(dòng)測壓。經(jīng)過21天的測壓周期，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
流量測定結(jié)束后，1#、2# 鉆孔為第一組，3#、4# 鉆孔為第二組分別通過高壓膠管接入抽放管路進(jìn)行抽放。
在2組抽放鉆孔接入抽放管路的位置各留測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)測抽放參數(shù)，由監(jiān)測結(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)鉆孔的測壓管外口安裝壓力表，測定抽放15天后的殘余瓦斯壓力。
經(jīng)過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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