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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瓦斯保持着原始瓦斯压力，吸附量约占8590%。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，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，大量吸附瓦斯解吸成为游离瓦斯，吸附瓦斯
2、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围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”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3040m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
3、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*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3040m处已开始的变形因水平移动较为剧烈，使原始垂直裂隙开，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*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
4、创造了条件。如果在裂隙带布置抽放孔，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。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：根据矿区顶板类型采用下式估算：h=M/(KP1)式
5、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1530m，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2025%、抽放混量20m3/min，一钻场设计四个高位钻孔，孔径89mm；根据MK150钻机的性能，设计钻孔深度90100m；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，设计高位钻孔终孔位置与上顺槽间距1030m，孔间距67m；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34m。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，
6、施工了三个钻孔。各项钻孔优化参数见表一：表一 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 / 89458093758723302030 5 155高位抽放所需设备材料:见表二。表二: 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-42A150150100mmHgMK1505089130 2台800m2个 8个 2个 2个 1台150 m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
7、三：表三: 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/%02.5.137.11 72m 130万7.6m3/min25.28 19.402.7.179.17 58m 150万7.61 m3/min 25.11 19.97 高位钻孔抽放试验效果采用高位钻孔抽放瓦斯后抽放试验期间基本杜绝了瓦斯超限和聚积现象，对防止上隅角瓦斯超限效果尤其明显。若维持原生产能力，可减少采面供风量400m3/min，改善了采面作业环境，同时在一定程度上也有利于防治采空区煤炭自燃发火。采面通风生产能力大幅度提高，工作面产量由抽放前的1003t/d提高到14
8、06t/d，月增产10861t。该课题研究成功后，根据鹤煤公司瓦斯地质条件，通过对部分参数进行优化：钻场底板距煤层顶板的法线距离不得小于10m；钻场高度不得低于2.2m；在无构造带及煤层产状稳定地段，钻场间距一般不小于100m；终孔位置距上顺槽的水平距离20-35m，并根据煤层倾角适当调整，全层放顶煤工作面高位孔终孔位置与煤层顶板的垂直距离不得小于20m；所有钻孔应按煤层倾向弧状分布，封孔长度不小于5m，采用聚胺酯与水泥砂浆联合封孔，保证封孔严密。经过在其它各矿回采工作面的应用，效果很好。8经济效益三矿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，使采面通风生产能力大幅度提高，工作
9、面产量由抽放前的1003t/d提高到1406t/d，月增产12090t，吨煤按200元计，月增产值240余万元，月增直接经济效益67万元，回采36个月，合计直接经济效益2412万元。回采工作面抽放消突试验现场应用分析报告鹤煤公司十矿二三年十二月回采工作面抽放消突试验现场应用分析报告课题组在十矿的1113回采工作面进行了区域消突试验，具体情况如下：1 1113工作面概况1113工作面位于11采区南翼下部，南以中间回风上山煤柱为界，北以汤阴暗渠保护煤柱为界；上部以-510煤层底板等高线为界；下部以-575煤层底板等高线为界，周边均未开采。工作面倾斜长度110m，平均走向长度240m，煤层平均厚度7
10、.45m，倾角2940，平均36，工作面可采储量22万吨，煤层的瓦斯含量为13.96m3 /t 。根据工作面回采期间地质情况，该面没有大的断层等构造，但从揭露的情况看，工作面上部有一斜交的顶板鼓包,工作面中部有一落差1.5m左右的断层。工作面伪顶为黑色碳质泥岩，质软，厚0.2m。直接顶为砂质泥岩，深灰色，富含植物化石，厚0-19.71m，平均5.69m。老顶为中粒砂岩，灰色，厚2.4410.48m，平均6.97m。老底为碳质浅灰色中细粒砂岩，石英为主，长石次之，钙质胶结。工作面煤层的瓦斯含量为13.96m3 /t ，煤尘具有爆炸危险，爆炸性指数为16.06%，煤层属不易自燃煤层。1113工作面
11、有威胁的含水层主要有二1煤层顶板砂岩含水层 （S10）及底板砂岩含水层，顶、底板砂岩含水层主要通过岩石裂隙、采空区冒落区及断层导水带对回采工作面进行充水，二1煤层下部群八层灰岩含水层（C3L8），主要通过断层导水带进行充水，目前八灰水正在疏放，对工作面不会有大的影响。2 1113瓦斯抽放情况预抽瓦斯的实质是通过向突出煤层打大量的钻孔，进行较长时间的预抽煤层瓦斯，降低其瓦斯压力和含量，并由此引起煤层的收缩变形、应力下降、透气性增加和煤的坚固性系数增加等变化，从而达到削弱直至消除突出危险。要达到消除突出危险的目的，就必须达到一定的预抽量，使煤层瓦斯压力和含量降到突出临界值以下。1113工作面抽放工
12、作分为两个阶段，第一阶段，矿自行设计，先后在上、下顺槽，顶板抽放巷、顶板切割布置扇型钻孔，钻孔直接布置在巷道，不另掘钻场，每34个孔为一组，间距5米，共布置钻孔283个，孔深3050米，钻孔总进尺10170米。 由于第一阶段所布钻孔不能完全控制整个工作面，还留有空白带，为彻底消除突出威胁、解放突出煤层，同时为矿区突出煤层放顶煤开采探索新路子，对1113工作面开始第二阶段的布孔抽放。第二阶段抽放将工作面分为9个抽放区域，分别在顶板切割、上顺槽、下顺槽、顶板抽放巷补打平行及穿层抽放钻孔451个，孔深设计70米，总进尺16770米。钻孔采用聚胺脂材料封孔，外段用水泥沙浆充填，封孔长度不小于5米，封孔
13、后，接入移动抽放泵站进行抽放，在管路上设置孔板流量计对抽放参数进行定期测定。1113工作面累计布置钻孔27840米，吨煤钻孔率达到0.126，根据10月份实测结果，工作面抽放负压220mmHg，瓦斯浓度18%，抽放瓦斯纯量为2.8m3/min。3抽出率计算1113工作面走向长度为240米，倾斜长度110米，煤层平均厚度7.45米，瓦斯含量13.96m3/t，煤的容重为 1.38t/m3,据测验，工作面切眼、上顺槽和下顺槽的瓦斯预排宽度各取15米，则该区域煤层的瓦斯储量为：Q储=（240-15）*（110-15*2）*7.45*1.38*13.9=2583409m3根据工作面测定的实际瓦斯流量及
14、课题组计算结果,截止到2003年10月20日,两个阶段工作面共抽出瓦斯量为827006立方米,则该区域煤层瓦斯预抽率为:=Q抽/Q储=100%*827006/2583409=32.01%通过对工作面的抽放，瓦斯含量有了明显的降低, 2003年10月28日对1113工作面瓦斯含量进行测定,钻孔深为10米时,该工作面吨煤瓦斯含量为8.09m3/t，符合煤矿安全规程及防治煤与瓦斯突出细则的要求，且经过煤炭科学研究总院分院专家的鉴定，达到了区域性突出的目的。4预抽效果复验根据煤矿安全规程第190条要求，采用煤层瓦斯预抽率作为有效性指标的突出煤层，在进行采掘作业时，必须采用工作面预测方法，对预抽效果进行复验。预测参数采用瓦斯涌出初速度q值和钻屑瓦斯解析指标h2，临界指标为q=4.0L/min，h2=30mmH20,工作面共生产9个月，预测复验159次，平均每月17.6次，参数无超标现象（见10月份1113工作面效检参数情况表）。10月份1113工作面效检参数情况表日 期Q(L/min)h(mmH2O)备 注33.020工作面效检时，打7个效检孔，深3.5米，取每次效检的最大值。53.32263.82873.828103.826113.828133.828143.826163.626213.628223.6282
