提高瓦斯抽放率几种措施.doc

提高瓦斯抽放率几种措施武长青（沁秀煤业有限公司）摘 要 针对寺河北区瓦斯抽放工程井抽放效率低，不能完成对寺河矿的瓦斯抽放任务，提出降低管阻、增加钻孔长度、增大钻孔直径、增大煤层透气性等措施。关键词 管阻 煤层透气性 抽放负压1 寺河北区瓦斯抽放工程井概况寺河北区瓦斯抽放工程井位于寺河矿北部，担负着对寺河矿北翼4个盘区提前进行瓦斯预抽采，一方面为寺河矿12MW煤层气电厂提供气源保障； 一方面使北翼盘区瓦斯含量降到9 m3/t以下，为寺河矿北翼盘区回采创造安全条件的双重任务。工程井现有一对井筒为主斜井和回风斜井。主斜井为混合提升井，井筒倾角25，长度637m，净断面11.41m2, 支护形式为砌碹，担负着矿井提升、下料、进风、行人等任务。回风斜井井筒倾角30，长度510m，净断面6.46m2，采用锚喷支护，担负着全矿回风任务。井下在3号煤层共布置三条大巷：皮带运输巷、轨道运输巷、总回风巷，三条大巷均采用锚网喷联合支护。矿井采用随掘随抽的抽放方法。随掘随抽就是利用巷道两侧及工作面前方的卸压条带抽放瓦斯。布置钻孔时，每隔一定距离在巷道两侧相互错开一定距离由钻场向工作面前方打超前钻孔，要尽量避免影响掘进工作的进行。2 问题的提出寺河北区瓦斯抽放工程井抽放系统简单，瓦斯抽放泵功率低（目前采用双台型号为SK-15和单台型号为SK-30的瓦斯抽放泵），不能完成瓦斯抽放任务。3 提高瓦斯抽放量的方案3.1降低管阻，提高泵的效率公式一Hf=9.81Q2LKD5式中 Hf瓦斯管内磨檫阻力系数，Pa； L瓦斯管长度，m； 混合瓦斯比重，=0.55C+（1-C）；C管内瓦斯浓度，%；Q管内混合气体浓度，m3/h;D瓦斯管内径，cm；K系数，其取值见表不同管径的系数值管径/cm1.52.02.53.24.07.08.010.012.515.0以上K值0.460.470.480.490.500.550.570.620.670.71公式二H=fHf+HD式中 H瓦斯泵总负压，Pa; f总摩擦阻力的安全系数，取f=1.1-1.2； fHf管路总摩擦阻力，Pa; HD孔口抽放负压，Pa;根据表和公式可知，增加管径，可以减小管阻。3.2 增加钻孔长度实践证明，预抽煤层的钻孔瓦斯抽放量随钻孔穿入煤体深度的增大而增加。因此，穿层钻孔应尽量穿透煤层全厚，顺层钻孔也要尽可能地打长钻孔，以期提高抽放效果。3.3 加大钻孔直径加大钻孔直径可以有效增加钻孔暴露面积，使瓦斯抽出量增加。目前各国的抽放钻孔直径都有增加的趋势。我国阳泉矿的试验表明，预抽瓦斯直径由73 mm增加到300 mm，抽出瓦斯量约赠大3倍。日本赤平煤矿钻孔直径由65 mm增加到120 mm，抽出瓦斯量约赠大3.5倍。此外，还可以通过增加钻孔的穿煤长度和钻孔的密度来提高瓦斯抽放率。3.4 增大煤层透气性对低透气性煤层，提高煤层透气性是增加瓦斯抽出量的关键因素。提高透气性的措施包括水力压裂、水力破裂、水力割缝、深孔爆破、酸液处理和交叉钻孔等措施。3.4.1 水力压裂水力压裂技术是油、气田开发中一种有效的增产措施，我国应用于煤层瓦斯抽放始于1970年。它是通过将大量含砂的高压液体（水或其他溶液）注入煤层，迫使煤层破裂，产生裂隙，同时将砂子作为支撑剂一起注入缝隙内，阻止裂隙的重新闭合，从而达到提高煤层透气系数的目的。我国龙风矿北、阳泉、红卫等矿都曾做过这种方法的工业试验。例如红卫里王庙矿四层煤，一般钻孔的涌出量最大为0.3方每分，压裂后增至0.44方每分。3.4.2水力破裂水力破裂实际上是水力压裂技术在井下的特殊应用。它是在井下巷道向煤层打钻，注入高压水，破裂煤体，从而煤体透气性。它与水力压裂的区别在于影响范围小，工作业内不加添加剂，一般破裂半径达40m-50m。因此，应根据破裂半径在煤层内均匀布孔，使煤层全面受到破裂影响。当煤层破裂后（有时可见附近巷道或钻孔涌出破裂水），排除破裂液，然后在破裂区内再补打抽放钻孔。破裂孔与补打孔联合抽放瓦斯时，抽放率可达50%-60%；若只用水力破裂抽放瓦斯，抽放率为0%-20%。采用水力破裂措施后，煤层预抽瓦斯的时间可以缩短到4个月之内。3.4.3 水力割缝水力割缝是用高压水射流切割钻孔两侧煤体，形成大致沿煤层扩张的空洞与裂缝，增加了煤体的暴露面，从而使其上、下煤体松动卸压，增大透气性。鹤壁矿务局与抚顺煤科分院，曾于1970年进行过合作研究，取得了初步的成果。鹤壁四矿、二矿的试验结果表明：当在煤的坚固性系数为0.7煤层内用8MPa的水压进行割缝时，在钻孔两侧形成了深0.8米、高0.2米的缝槽，钻孔百米瓦斯涌出量也由0.01m3/min-0.079 m3/min增加到0.047m3/min-0.169m3/min，从而使原来较难抽放的煤层变为可抽放的 。3.4.4深孔爆破深孔爆破是在钻孔内用炸药爆炸造成的震动力使煤体松动破裂，从而提高煤层透气性。但试验结果表明，松动爆破后最初较短时间内（至多几天）钻孔瓦斯抽放量增加较快，而后很快下降枯竭，钻孔总瓦斯抽放量增加并不明显。20世纪80年代开始的深孔预裂控制爆破法对这一方法进行了改进，瓦斯抽放效果也有一定的提高。3.4.5 酸液处理酸液处理是化学方法处理煤层的一种方法。它是向含有碳酸盐类或硅酸盐类的煤层中，注入可溶解这些矿物质的酸性溶液，从而使煤体发生化学反应及表面物化现象，进而使煤吸附瓦斯能降低，促进瓦斯排放。3.4.6交叉钻孔交叉钻孔是在密集钻孔基础上发展起来的。它除沿煤层打垂直走向的平行孔外，还打与平行钻孔呈15-20夹角的斜向钻孔，使之形成互相连通的钻孔网络。这种布孔方式因在钻孔交叉点处煤的塑性变形加大，其实质相当于扩大了钻孔直径，同时斜向钻孔延长 钻孔在卸压带的抽放时间，也避免了因钻孔坍塌而对抽放效果的影响。在焦作矿物局九里山煤矿的试验结果表明，这种布孔方式较常规的布孔方式相比，相同条件下提高抽放量0.46-1.02倍。3.5提高抽放负压每一煤层其合理的抽放负压不同。要想获得最佳配置的抽放负压，应根据各