峻德煤矿33煤层瓦斯抽采半径测定报告

目 录目 录1一、概况21煤层赋存情况22水文地质情况3二、内容与方法31、该项目研究内容32、研究方法的主要依据：43、确定33号煤层瓦斯抽采半径方法：4三、瓦斯参数数据分析61、煤层原始瓦斯压力分析62、直接法测定煤层瓦斯含量63、测定煤坚固性系数74、测定瓦斯放散初速度75、有效抽采半径与时间的关系8四、结论10一、概况鹤岗分公司峻德煤矿为年产3.00Mt的大型矿井，位于鹤岗矿区最南端，北与兴安矿为邻，南北走向长5.6km，东西倾斜宽3.5km，井田面积19.60km2。开采的煤层有3、9、11、17、21、22-1、23、27-1、28、30、33-1层共11个煤层。矿井瓦斯涌出量较大，矿井总回风量24560m3/min，通风负压220mmH2O，通风等积孔为10.57m2。矿井通风系统稳定可靠，通风能力满足生产需要。矿井采用机械通风机通风，通风方式为对角式，通风方法为抽出式，井下局部通风地点采用局部通风机压入式供风。井下采煤方法为走向长壁后退式开采，全部垮落管理顶板。我矿地面永久抽采系统安设2BEF-50水环式真空泵两台，额定流量为235m3/min，电机功率315KW，KJ73A监测系统齐全。其中一台正常运转，一台备用，对二水平南一、二、三区及三水平进行抽采，抽采负压为458mmHg，抽采浓度37.1%，纯流量为20.7m3/min，混合流量为55.7m3/min，井下现安设移动抽放泵站4处，安设移动抽放泵 8台，永久抽放系统管路总长度11600m。我矿与沈阳煤科院签订合同，对22-2、27-1、30层煤进行突出煤层鉴定，22-2层在-300m标高施工抽放钻孔过程中有喷孔等瓦斯动力现象发生，22-2层在-300m标高以下为突出煤层。27-1为突出煤层。30层在-250m、-500m标高发生过煤与瓦斯动力现象，30层在-250m标高以下为突出煤层，本矿为突出矿井。1煤层赋存情况33-1号煤层：距31号煤层64-75，煤层厚1.67.87，夹矸35层，为0.090.45的炭页岩及凝灰岩，煤种为QM，中灰份。煤层产状：9334。伪顶为0.41.62m的炭质泥岩或薄煤与炭页岩互层，全区发育；直接顶为6的灰黑色粉砂岩,以粉砂质为主；老顶为30米的白色中砂岩，较硬，无层理；底板为2的灰色粉砂岩，以粉砂质.泥质为主。2水文地质情况南翼轨道大巷已穿过该区域，开拓掘进过程中未发现涌水量增大情况，该区地质构造较复杂，距L30断层120m，距其派生f1断层20m。二、内容与方法峻德煤矿于2010年4月27日9时12分发生煤（岩）与瓦斯突出；煤（岩）与瓦斯突出地点是三水平中央一号水仓岩巷掘进工作面，突出煤层为30号煤层。突出煤在35m范围内，平均高2m，突出煤量约380 t，突出瓦斯总量为7534 m3。峻德煤矿升级为突出矿井。突出隐患的存在不仅极大增加了企业的生产成本，而且随着生产规模的日趋展开或开采水平的不断延深将严重威胁着安全生产，形势非常严峻。随着矿井煤与瓦斯突出危险性的不断提高，相应的安全管理和决策工作也必将面临更加严重的考验。首先是现场工程技术人员从意识上要更加重视对突出煤层瓦斯赋存、运移、涌出特征及煤与瓦斯突出规律的分析与掌握；其次是在此基础上逐步总结出比较适合本矿井实际条件的瓦斯预测技术及其指标体系，并力求加以应用、推广；最后达到跟踪采掘进程及时制定出有效安全措施的目的。鉴于此，在鹤岗分公司领导的积极关注和支持下，由峻德煤矿通风副总牵头，防突办与抽采区等相关基层单位联合开展了“峻德煤矿33煤层穿层钻孔瓦斯抽采半径测定”工作。1、该项目研究内容该项目主要包括以下几方面的研究内容：1）收集与整理峻德煤矿33层煤瓦斯相关参数测量的数据，包括压力、含量、放散初速度、坚固性系数、钻屑解吸指标等进行分析。2）确定33煤层穿层钻孔瓦斯抽采半径。2、研究方法的主要依据：1）、煤层瓦斯含量测定方法GB/T250-09；2）、煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法MTT 638-96；3）、钻孔瓦斯放散初速度的测定方法AQ 1080-2009；4）、钻屑瓦斯解吸指标的测定方法AQT 1065-08；5）、煤的坚固性系数测定方法MT49-87；6）、煤矿瓦斯抽放技术规范MTT 692-97；7）、煤的甲烷吸附量测定方法MTT 752-97；8）、煤矿安全规程；9）、防治煤与瓦斯突出规定；3、确定33号煤层瓦斯抽采半径方法：煤层瓦斯影响抽采半径的确定方法为：钻孔抽采是煤体在负压作用下的瓦斯排放，其钻孔的瓦斯抽采量即为煤体瓦斯含量的减小量，当钻孔的压力观测参数下降10 %时，即表明该测量孔处于钻孔的抽采影响范围内。煤层瓦斯有效抽采半径的确定方法（有效性指标）为：抽采钻孔影响范围内残余瓦斯压力小于0.74MPa且预抽率大于30为指标，瓦斯压力下降超过51。钻孔测试法以压力指标来测定钻孔的有效抽采半径: 首先在煤层打一排钻孔, 如图 1所示 ：1、2、3、4、5、6均为测压孔, 在 6号孔一注：曹新奇. 瓦斯抽放钻孔有效抽放半径的测定. 煤炭工程. 2009 （9）. 88-90侧打抽放钻孔7。钻孔见煤点之间的距离为1米; 打完后在测压孔上安装压力表, 再将测压孔封闭严密。待测压孔压力表稳定后，对 7号孔进行抽采, 定期观察测压孔的瓦斯压力。如果压力表显示的瓦斯压力符合有效性指标，则距抽采钻孔最远有效距离就是钻孔的有效抽采半径。图 1 测试钻孔布置示意图 地点在三水平南翼皮带大巷20号硐室，布置预测抽采半径钻孔7个，对33-1层煤进行瓦斯抽采半径测试。该硐室在门25点前20米。技术要求：孔径94，孔与孔间距为0.4米，开孔高度为1.2米，钻孔个数7个，每个方位1个孔，按7个方位呈扇形布置，按7、6、5、4、3、2、1号孔依次施工。所有钻孔从33号煤层顶板岩巷穿过煤层并进入底板。封孔采用2吋钢管作为封孔管，封孔材料采用普通硅酸盐水泥，利用BFK型封孔泵封孔，封孔长度为12米。1-6号孔安装压力表，7号孔上球门，待压力表稳定后，7号孔对抽。防突办详细记录抽采参数及测压孔瓦斯压力变化的情况。钻孔技术参数一览表孔 号孔 深（m）角度（）方位（）备 注1461026123米见煤，见12米煤2411027018米见煤，见12米煤3371027418米见煤，见11米煤4401027818米见煤，见12米煤5411028118米见煤，见12米煤6451028920米见煤，见15米煤7511029227米见煤，见14米煤钻孔在预抽煤层瓦斯时，在煤层瓦斯压力和抽采负压的共同作用下，钻孔周围煤体的瓦斯不断进入钻孔被抽走，形成以钻孔为轴心的类似圆柱的抽采影响范围，抽采影响范围的半径称之为抽采影响半径；随着抽采时间的延长，抽采影响半径会逐渐加大，钻孔的有效抽采半径是指在规定的抽采时间内钻孔抽采瓦斯的有效影响范围。三、瓦斯参数数据分析1、煤层原始瓦斯压力分析瓦斯压力是瓦斯突出预测和瓦斯涌出量预测的重要参数，是判别煤与瓦斯突出的一个有效指标之一。其测定方法一般按照煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法MTT 638-96。峻德煤矿自防突办成立以来，积累了不少瓦斯压力的实测数据资料，特别是在三水平，每个区域都有瓦斯压力测点，基本规律是瓦斯压力随着煤层埋深的增加而增大。根据现有的瓦斯压力测定资料状况及以往的生产实践和科研活动结论综合分析，本次研究确定：煤层瓦斯压力沿-500m水平（埋深725m）从南到北变化具有增高的规律性，分别为：三水平南翼皮带巷0.38Mpa；三水平北三四区机道石门0.94 Mpa；本次测定33煤层瓦斯压力时采用水泥砂浆封孔工艺。根据现场的具体情况，分别选定了在三水平南翼皮带大巷20号硐室布置预测抽采半径钻孔7个，该硐室在门25点前20米，本次最大压力为0.38 Mpa.进一步丰富了用于33煤层瓦斯压力分布规律及预测分析的基础数据资料。压力观测表格见附表12、直接法测定煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量是煤层瓦斯主要参数之一，它是矿井瓦斯涌出和煤层突出危险性预测的主要依据。直接法测定煤层瓦斯含量的相关工作由防突办自行完成，采集的煤样装入煤样罐密封解吸，井下现场解吸，然后进行地面解吸，在实验室测定煤层的瓦斯残存量。测得含量为5.63 m3/t。3、测定煤坚固性系数煤的坚固性系数是一个反映煤体抵抗外力作用能力的综合指标，它取决于煤的组成成分、煤级、煤体结构等。这种方法是建立在脆性材料破碎遵循破碎材料面积力能学说的基础上形成的，即“脆性材料被破碎时所消耗的功与其所增加的表面积的n次方（一般n=1）成正比。根据这一原理，目前通常采用落锤法进行煤坚固性系数的测定，并按下式计算：式中：煤的坚固性系数； 落锤次数（对于、类煤n=5；对于、类煤n=3）； 5份煤样粉末总高度，mm。在瓦斯地质规律研究与瓦斯突出预测中，f值是一个有效指标，它定量地反映了煤体结构和煤体强度。f值越大，煤体结构相对越完整，突出危险性越小；反之突出危险性越大。该地点f值：0.53。4、测定瓦斯放散初速度瓦斯放散初速度定量地反映了瓦斯从煤体解吸、运移出来的快慢程度。一般情况下煤体结构越不完整，瓦斯放散初速度越高，瓦斯突出危险性也越大。不同地带f值与分布的差异性也充分反映煤与瓦斯突出区域分布的非均质性和可区划性。该地点值：8。随着采掘深度的增加，由于有些保护层不可采，使具有开采保护层条件的突出矿井越来越少，同时矿井的突出危险性日益严重。峻德煤矿防止煤与瓦斯突出的局部措施目前是以预抽煤层瓦斯为主。有效抽放半径是该措施的一个重要参数，直接关系到预抽钻孔密度和预抽时间的长短。因此，确定钻孔的有效抽放半径对正确设计抽放钻孔方法、数目以及抽放效果都具有重要的现实意义。为了确定合理的钻孔间距，应首先知道钻孔的有效抽放半径。钻孔的有效抽放半径是指在规定的抽放时间内钻孔抽放瓦斯的有效影响范围。可根据不同抽放时间的影响距离和钻孔的不同瓦斯压力情况下的瓦斯抽放量确定抽放钻孔合理间距。而钻孔间距选择的合理性，对提高煤层的瓦斯抽放率是有作用的。由于每个钻孔在某一流动时间内都有自己控制的一个瓦斯流场，所以只有在流动场内相互不受干扰时增加钻孔密度，才能经济有效的提高煤层瓦斯抽放量。最佳钻孔间距与钻孔流动场的控制范围有关。对于低透气性煤层，每个钻孔所控制的瓦斯流动场的范围是很小的，随着时间的增长，流动场的扩展范围也很小，在这种情况下，缩小钻孔间距对提高瓦斯抽放率效果较显著而且当钻孔密度达到一定程度时，对煤层还能起到增加卸压作用。煤层是孔隙裂隙介质，其中充满微小的孔隙。实际上，当石门或钻孔揭穿煤层时，煤层中瓦斯的流动是不稳定的，这种不稳定流动需经过一定时间后才能趋于稳定。煤层瓦斯抽采参数确定的依据，最重要的就是煤层瓦斯的原始压力与原始含量。5、有效抽采半径与时间的关系有效抽采半径是指在规定的抽采时间内，在该半径范围内瓦斯压力或者瓦斯含量降到安全指标值以下。钻孔间距应小于或等于钻孔有效抽采半径的2倍。钻孔的抽采半径是抽采瓦斯时间、最大瓦斯压力和煤层透气性系数的函数。在不同的抽采时间时钻孔周围瓦斯压力越来越接近原始瓦斯压力值；随着抽采时间的增加，抽采半径也逐渐扩大，但是抽采半径增大的速度越来越小；到达某一临界时间时，抽采半径已经接近极限值，此后，再延长抽采时间是无意义的。图2 33煤层抽采半径压力变化曲线由图2可以看出：6号孔抽采31天（4月23日）后压力不再下降，压力达到平衡，也就是说33号煤层抽采31天的抽采半径是1米，5号孔抽采60天后压力不再下降，压力达到平衡，33号煤层抽采60天的抽采半径是2米，4号孔抽采70天后压力不再下降，压力达到平衡，33号煤层抽采70天的抽采半径是4米，3号孔抽采90天后压力不再下降，压力达到平衡，33号煤层抽采90天的抽采半径是5米，1、2号孔压力没有达到有效抽采半径的确定方法。由图上可以得出33号煤层抽采90天的抽采半径是5米。从图上还能看出抽采半径4m以后，随着时间的增加，抽采的效果不会有大的改变。而抽采半径在14m之间时，煤层瓦斯压力能在90天的抽采时间内降低到安全压力以下，完全能到达我们抽采的目的。这主要是因为实施密集钻孔能够在较短的时间内起到对煤层泄压的作用，迅速降低煤层原始压力，使相邻钻孔之间的煤层受到扰动。尤其在煤层原始透气性差的情况下，更要实施密集钻孔，提高煤层透气性。而抽采半径太大，则完全起不到相应的效果。随着抽采时间的延长，瓦斯抽采压力的变化率逐渐减小，但在条件允许(如生产接替不紧张和抽采系统有足够的冗余)时，用延长抽采时间的方法来提高瓦斯抽采率还是合算的。四、 结论1.煤层瓦斯含量5.63 m3/t。2.瓦斯压力0.38MPa。3.煤层瓦斯抽采半径与抽采时间关系密切，建议：抽采时间大于90天，有效抽采半径5m；4.根据实测情况建议该区域33号煤层采用密集钻孔的方法实施穿层钻孔，抽采钻孔间距8-10m。5.在33号煤层残余瓦斯压力大于0.74MPa等未消除突出危险的区域，必须坚持“四位一体”综合防突措施。增加补救措施消除突出危险性后方可进行生产掘进。龙煤集团鹤岗分公司峻德煤矿33号煤层瓦斯抽采半径测定研究报告提报单位：龙煤集团鹤岗分公司峻德煤矿抽采区 防突办提报人：赵国栋提报时间：二零一四年八月