顶板高位钻孔抽放瓦斯技术现场应用分析报告

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1、.顶板高位钻孔抽放瓦斯技术现场应用分析报告鹤煤公司三矿二○○二年三月...顶板高位钻孔抽放瓦斯技术的现场应用分析报告课题组在鹤壁三矿3006综放工作面进行了顶板高位裂隙钻孔瓦斯抽放课题试验。试验情况如下:1技术原理煤层中的瓦斯以游离和吸附两种主要方式存在。在一定的瓦斯压力下游离和吸附瓦斯保持动态平衡。在非采动影响区在原始地应力作用下煤层内瓦斯保持着原始瓦斯压力，吸附量约占85~90%。煤壁前方煤层受采动影响煤体结构遭到破坏，煤层的透气性及瓦斯赋存方式将发生急剧变化。煤层中原始裂隙扩张，后生裂隙大量形成，导致煤层透气性成指数倍增加，煤层结构遭到破坏的同时煤层瓦斯压力开始下降，大量吸

2、附瓦斯解吸成为游离瓦斯，吸附瓦斯解吸成为游离瓦斯后与原游离瓦斯混合，在煤体的保护下煤层内部仍保持相对较高的瓦斯压力。相同原因，随着采面向前推进采空区内残余煤炭也源源不断地释放瓦斯。此时若不进行高负压抽放，煤壁前方煤体及采空区释放的高浓度的瓦斯将流入采面，造成采面瓦斯超限。2顶板采动变形对瓦斯流通渠道的影响研究表明随着回采工作面的不断推进，采动压力场及其影响范围内在垂直方向形成三个带，即：冒落带、裂隙带和弯曲下沉带；在水平方向形成三个区，即：煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。“...三带”、“三区”内的煤岩层变形破坏各有其特殊规律。煤层上方的岩层一般在回采工作面煤壁前方30~40

3、m处已开始变形。其特点是水平移动较为剧烈，但垂直移动甚微。当工作面推过此区域，才引起垂直位移急剧增加，但各层位位移速度不尽相同，其特点是越向上越缓慢，此时将在某层位出现层间离层。当已断裂的岩层重新受到已冒落矸石支撑时，邻近煤层的岩层运动速度要缓于其上覆岩层，各岩层又进入互相压合的过程。煤层上方的岩层采动变形为瓦斯流动提供了形式各异的渠道。在煤壁前方30~40m处已开始的变形因水平移动较为剧烈，使原始垂直裂隙张开，并增加了新的垂直裂隙，提供了垂直瓦斯流动通道。在离层区在某层位出现层间离层为瓦斯水平流动提供了通道。重新压实区岩石的破碎造成了透气性大幅度增加。3裂隙带抽放高浓度瓦斯的可

4、行性分析采动对煤层瓦斯解吸运移的控制及对顶板瓦斯流通渠道的影响为裂隙带抽放高浓度瓦斯创造了条件。如果在裂隙带内布置抽放孔，在煤壁支撑影响区，煤层解吸变成的游离瓦斯在较高瓦斯压力作用下将沿着垂直裂隙连续汇集到抽放孔内。此区因没有空气混入，瓦斯浓度很高。在冒落带与重新压实区因与采面空气连通，基本为常压，但存在着瓦斯流入采场风流的压势；此空间空气流速极低，使采空区残煤释放的瓦斯形成瓦斯积聚层[1]...。这种瓦斯积聚层始于采空区残煤，止于裂隙带上部，为抽放高浓度瓦斯提供了可能。离层区内出现的层间离层及水平方向岩石间的相互挤压铰合，成为瓦斯流入高位孔的通道，同时一定程度上具有阻止采空区低

5、浓度瓦斯流入的作用。4高位钻孔的主要参数4.1顶板裂隙带位置：根据鹤壁矿区顶板类型采用下式估算：∑h=M/(KP－1)式中∑h----顶板岩石垮落厚度，mM----采面采高，mKP-----岩石碎胀系数估算后确定顶板裂隙带位置距煤层15~30m，即为高位钻孔终孔位置。4.2高位抽放钻场与钻孔参数本次试验共进行了两个钻场七个钻孔。为满足课题技术指标的要求：抽放浓度20~25%、抽放混量20m3/min，一钻场设计四个高位钻孔，孔径Φ89mm；根据MK150钻机的性能，设计钻孔深度90~100m；为探索高位钻孔最佳水平位置，根据三矿顶板岩石可能产生的冒落拱位置及形状，设计高位钻孔终孔

6、位置与上顺槽间距10~30m，孔间距6~7m；为保证钻孔的有效利用长度，需开口于顶板岩石中，与煤层间距3~4m。二钻场设计根据一钻场的试验结果，对钻孔参数进行了优化，施工了三个钻孔。各项钻孔优化参数见表一：表一鹤壁三矿3006综放工作面高位抽放钻场与钻孔参数孔径/m终孔水平间距/m孔斜长/m孔水平长/m终孔与煤层间距/m终孔与上顺间距/m封孔长度/m煤层倾角/°894~580~9375~8723~3020~305155高位抽放所需设备材料:见表二。...表二:鹤壁三矿3006综放工作面高位抽放所需主要设备材料抽放泵主管路孔板流量计U型管空盒气压计钻机钻杆钻头SK-42AΦ150Φ

7、150Φ100mmHgMK150Φ5089~1302台800m2个8个2个2个1台150m若干6高位抽放试验效果考察为考察高位抽放试验效果，进行了为期120天的连续观测，结果见表三：表三:鹤壁三矿3006综放工作面高位抽放试验效果考察钻场号考察时间采面进尺混合量/m3最大纯量平均浓度/m3抽放率/%Ⅰ02.5.13~7.1172m130万7.6m3/min25.2819.4Ⅱ02.7.17~9.1758m150万7.61m3/min25.1119.97高位钻孔抽放试验效果采用高位