狗场煤业有限公司5煤层抽排半径考察实施

1、纳雍县狗场煤业有限公司5#煤层瓦斯抽排半径考察实施方案煤炭科学研究总院重庆研究院纳雍县狗场煤业有限公司2010年6月20日i1前言12合同内容23抽排半径考察依据24抽排半径考察方法34.1 抽采半径考察方法34.2 排放半径考察方法35狗场煤矿开拓开采现状56抽排半径考察实施方案66.1 抽采半径考察实施方案66.2 排放半径考察实施方案197进度安排237.1 抽采半径考察进度安排237.2 排放半径考察进度安排2321前言对于煤与瓦斯突出矿井而言，抽排瓦斯是能够有效控制煤与瓦斯突出事故的主要措施，但措施的有效性受到煤层瓦斯含量、煤层透气性、抽排工艺、抽排钻孔参数以及有效抽排时间等诸多因素

2、的影响。其中，抽排钻孔参数是影响抽采效果的重要参数之一。抽排钻孔参数指的是抽排钻孔直径、钻孔间距以及钻孔深度等，一般抽排钻孔直径为75mm108mm,钻孔间距受到煤层瓦斯赋存特征以及抽排工艺和抽采时间的影响，各矿区、各煤层抽排钻孔间距有所不同，钻孔深度一般受地质条件、煤层赋存条件以及钻机钻进能力条件的限制，一般为几十米到上百米不等。以上三个参数中，钻孔直径和钻孔深度目前比较技术比较成熟，可根据矿井自身条件适当确定，而抽排钻孔间距必须根据现场对特定煤层的实际考察进行确定，从而根据实际考察的抽排钻孔间距合理布置钻孔，使之在有效的抽排时间内达到最优的控制煤与瓦斯突出的目的。为此，纳雍县狗场煤业有限公

3、司（以下简称“狗场煤矿”）于2010年4月，与煤炭科学研究总院重庆研究院（以下简称“重庆煤科院”）签订了纳雍县狗场煤矿瓦斯综合治理基础参数测定及防突专项设计技术咨询合同。目的为狗场煤矿提供5#煤层的有效抽排半径，为矿井未来抽排措施的制定提供基础数据。2合同内容（1）测定狗场煤矿5#煤层瓦斯基本参数：瓦斯含量、透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数、吸附常数（a、b）、瓦斯放散初速度AP、煤的坚固性系数f值；（ 2） 5#煤层单孔径防突措施参数考察研究（抽放及排放钻孔，预抽防突措施参数考察按单孔径顺层钻孔与穿层钻孔进行）；（3）编制狗场煤矿防突专项设计。3 抽排半径考察依据抽排半径考察依据，严格依据国

4、家现行规定、标准及规范进行。主要包括：（ 1） 防治煤与瓦斯突出规定（2009），国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局；（ 2） 煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006），国家安全生产监督管理总局；（ 3） 煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006），国家安全生产监督管理总局；（ 4） 煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T23250-2009），国家安全生产监督管理总局；（ 5） 预抽回采工作面煤层瓦斯防治煤与瓦斯突出措施效果评价方法（MT/T1037-2007），国家安全生产监督管理总局。4 抽排半径考察方法4.1 抽采半径考察方法目前抽采半径考察方法主要有三种：瓦斯压力降低

5、法、钻孔瓦斯瓦斯流量法和瓦斯含量降低法。常用的为瓦斯含量和瓦斯压力降低法，其中钻孔瓦斯流量法是利用钻孔瓦斯抽采流量及其衰减系数，根据预抽时间与钻孔间距之间的相关关系，通过计算得到不同预抽时间内的有效抽采半径，实践证明该方法与实际误差较大；瓦斯含量降低法，首先测定考察煤层的原始瓦斯含量，然后向考察煤层施工若干组不同间距的抽采钻孔，进考察区域进行瓦斯抽采，并记录抽采参数，计算抽采量，根据抽采量推算考察区域煤层残余瓦斯含量，当残余瓦斯含量降低到临界值以下时，在考擦区域采用直接测定法测定考擦区域的残余瓦斯含量，当直接测定的残余瓦斯含量也降低到临界值以下时，那么该组考察钻孔间距即为在该抽采时间内对应的有

6、效抽采半径；瓦斯压力降低法是指在煤层的原始区域相隔一定间距施工测压钻孔，测定煤层原始瓦斯压力，当压力稳定以后，在距离测压钻孔周边一定距离处施工抽采钻孔，当在一定的抽采时间内，某些测压钻孔压力发生降低并且达到一定程度，则认为该测压钻孔与抽采钻孔之间的距离为该抽采时间内的有效抽采钻孔间距。4.2 排放半径考察方法目前常用的钻孔有效排放半径的测定方法有三种：瓦斯压力降低法、钻孔瓦斯流量法和钻屑指标法。排放钻孔有效排放半径是指单个排放钻孔沿半径方向能够消除突出危险的最大范围，其值不仅与煤层突出危险的大小及自身结构有关，而且还与排放孔的排放时间有关。测定排放钻孔有效排放半径的原理是：在排放孔一侧或四周布

7、置若干个考察孔，通过测定考察孔内瓦斯涌出量（或其它突出预测指标）的变化确定排放孔的有效排放范围。瓦斯压力降低法，首先先在考察区域施工测压钻孔，准确地测出煤层的瓦斯压力。然后距测压孔由远而近施工排放钻孔，观察瓦斯压力的变化，如果某一钻孔，在规定的排放瓦斯时间内，能将测压孔的瓦斯压力降低到容许值，则该孔距测压的最小距离即为有效半径。钻孔瓦斯流量法，是在考察区域沿软分层施工若干个相互平行的测量钻孔，对其进行封孔，并立即测量钻孔瓦斯涌出量，并每隔210min测定一次，每一测量孔测定次数不得少于5次；在距最边缘测量钻孔中心0.5m处，施工平行于测量孔的排放钻孔，排放钻孔施工后，每隔210min测定各测量

8、孔的瓦斯涌出量，测定2h,绘制出各测量孔的瓦斯涌出量变化图；如果连续3次测定测量孔的瓦斯涌出量都比打排放钻孔前增大10，即表明该测量孔处于排放钻孔的有效排放半径之内，符合条件的上述的测量孔距排放钻孔的最远距离，即为排放钻孔的有效排放半径。钻屑指标法，在没有执行过防突措施的有突出危险的采掘工作面，在其软分层中先施工一个考察孔，钻孔深810m,钻孔直径为42mm,测定每米的钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标，测定结束后，将钻孔扩大到排放钻孔的设计直径，进行扩孔排放，当到达时间后，在该钻孔附近的软分层中施工一个与此孔有一定夹角的考察孔，测定其每米的钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标，将2个钻孔同一深度范围内所测到的数据

9、和两点的间距进行分析，当其小于临界指标值或降低幅度较大时，相应两点的最大间距确定为排放钻孔的有效排放半径。5 狗场煤矿开拓开采现状矿井采用平硐+暗斜井开拓，共设主井、副井、风井3条井筒。主平硐布置在耗子鲁西南部约400m的缓坡地带，位于13#煤层底板中，坡度3%。,以方位角2450平碉方式进入13#煤层底板，井筒长67m,然后沿13#煤层底板按倾角16°向下掘皮带暗斜井至1700m水平。副平硐布置在主平硐南面距离约30m的缓坡地带，方位角245°,坡度3%。，以方位角2450平碉方式进入13#煤层底板，井筒长63m，然后沿13#煤层底板按16°向下掘材料暗斜井至+

10、1700m水平。回风斜井布置在主井北面约40m处，以方位角2450平硐方式进入13#煤层底板，井筒长16m，然后按16°倾角沿13#煤层底板伪倾斜向下掘回风暗斜井至1700m水平与皮带暗斜井及材料暗斜井连通形成系统。如图1所示。目前正在回采的为5101采煤工作面，正在掘进的为5102运输顺槽、5102回风顺槽掘进工作面。矿井未设底板瓦斯抽采巷道，回采工作面采用本煤层抽放、掘进工作面采用本煤层条带预抽作为区域防突措施。图1狗场煤矿局部采掘工程平面图6抽排半径考察实施方案由于狗场煤矿目前无5#煤层底板瓦斯抽采巷道，因此，目前只对顺煤层抽采钻孔有效抽采半径进行考察；根据合同要求，排放半径考

11、察为顺梢煤层排放钻孔的有效排放半径。6.1 抽采半径考察实施方案狗场煤矿5#煤层抽采半径考察采用瓦斯含量降低法进行。6.1.1 考察地点根据狗场煤矿目前及未来短期内的采掘现状，考察地点拟选择在5102运输顺梢内进行。经过对狗场煤矿井下实际考察发现，5102运输顺梢目前掘进约100m,掘进工作正处于构造区域，在5102工作面中部、下距5102运输顺梢约40m处有一与5102运输顺梢平行的5#煤层本煤层巷道，该巷道长度约80m,目前已密闭因此，目前5102运输顺梢100m范围内不适合进行抽采半径考察，决定将考察区域初步定在5102运输顺梢100m处构造以里的区域，该区域应与构造区域沿走向距离不小于

12、50m,考察区域沿走向宽70m,并且在该区域也可以避开工作面中部已密闭的本煤层巷道。如图2所示。图2抽采半径考察区域示意图6.1.2抽采钻孔布置方式及参数结合贵州纳雍片区煤层透气性特征，考察区域抽采钻孔拟布置4组,每组5个抽采钻孔，组内钻孔间距分别拟定为1m、2m、3m和4m,组间间距为5m钻孔布置及钻孔编号如图3所示5102回风巷图3抽采半径考察区域瓦斯抽采钻孔布置示意图结合狗场煤矿抽采钻孔设计参数，本次考察区域瓦斯抽采钻孔参数如表1所不。表1考察区域抽采钻孔参数设计组别1234备注钻孔编号15610111516201、钻孔夹角为钻孔方向与巷道走向方向之间的夹角。2、钻孔倾角为开孔点附近煤层

13、顶板平均倾角。3、组间间距为5.0m。钻孔直径（mm）75757575钻孔倾角（。）30303030钻孔夹角（。）90909090钻孔深度（m）60606060钻孔间距（m）1.02.03.04.0封孔深度（m）88886.1.3考察区域原始瓦斯含量测定抽采半径考察采用瓦斯含量降低法，在施工抽采钻孔的过程中，需同时测定每组抽采钻孔所辖区域的原始瓦斯含量。（1）测定方法瓦斯含量测定方法采用直接测定方法，依据的现行标准为煤层瓦斯含量井下直接测定方法(GB/T23250-2009)(以下简称测定方法)。考虑到狗场煤矿煤层坚固性系数不大，依据测定方法，则采用取钻粉的方式采取煤样，采用常压自然解吸法进行

14、含量测定。煤层瓦斯含量可由下式进行计算：X=X1X2X3X4Xb式中：X瓦斯含量，cm3/g;Xi井下解吸瓦斯量，cm3/g;X2损失瓦斯量，cm3/g;X3粉碎前瓦斯解吸量，cm3/g;X4粉碎后瓦斯解吸量，cm3/g;Xb不可解吸瓦斯量，cm3/g;Xb采用下式进行计算：、，0.1ab100AdMad1。冗Xb''-1+0.1b1001+0.31Mad丫a瓦斯吸附常数，cm3/g;b瓦斯吸附常数，MPa-1;Ad煤样灰分，；Mad煤的水分，；- 煤的孔隙率，cm3/cm3;- 煤的容重，cm3/g。井下取样及井下解吸记录如表2所示，地面解吸及粉碎解吸量记录如表3所示，瓦斯含

15、量计算如表4所示。表2井下取样及井下瓦斯解吸量记录表取样日期解吸时间解吸量解吸时间解吸量取样地点编P1min17min钻孔参数孔径2min18min开孔位置3min19min倾角4min20min方位5min21min井下温度6min22min井下气压7min23min取样方式取样深度8min24min开钻时间停钻时间9min25min开始取样时间10min26min取样结束时间11min27min开始解吸时间12min28min解吸仪初值13min29min井卜取样测试人员煤科院14min30min狗场煤矿15min31min实验室测试人员16minQ21取样过程描述（包括喷、卡、顶）表3地

16、面解吸及粉碎解吸量记录实验室测定日期煤样自然水分取样地点煤样水分煤样编号实验室温度取性E实验室气压井卜取样重量解吸仪初值所取煤样破坏类型解吸仪终值粉碎前解吸量Q221粉碎煤样粉碎重量解吸仪初值1解吸仪终值粉碎解吸量Q3备注10表4瓦斯含量计算表瓦斯含量计算表委托单位取样地点煤样编号取样点温度实验室温度取样点气压实验室气压煤样重量煤样水份煤样破坏类型停钻时间开始取芯时间结束取芯时间1解吸开始时间井下解吸解吸时间解吸量解吸时间解吸量解吸时间解吸量解吸时间解吸量191725210182631119274122028513212961422307152381624常压解吸量井卜瓦斯解吸量实验室瓦斯解吸

17、量粉碎解吸量A份煤样重量A份煤样解吸量可解吸瓦斯含量Qi彳！(m3/t)Q2值(m3/t)Q3值(m3/t)Q彳K(m3/t)不解吸瓦斯含量（m3/t）煤层瓦斯含量（m3/t）井下测试人员实验室测试人员井下测试日期实验室测试日期（2）测定装置测定装置为煤炭科学研究总院重庆研究院经十五”科技攻关研制开发的“DGC瓦斯含量直接测定装置”，该装置满足国家标准要求，其测定时间短、精度高，已在全国多家局矿得到普遍应用，如图4所示。ii图4 DGC瓦斯含量直接测定装置及取样装置(3)取样钻孔及参数考察区域原始瓦斯含量测定，其取样钻孔、钻孔参数及取样位置如图5和表5所不5102回风巷瓦斯含量测定取样点205

18、102运输巷11-二第一组匚二二二n第二组L_|_|一I第三组1一I第四组抽放主管图5原始瓦斯含量测定钻孔布置图表5考察区域原始瓦斯含量测定取样钻孔参数组别1234备注取样钻孔（编号）381318每一组首先施工中间的钻孔，并在钻进至30m处采取煤样进行瓦斯含量测定，继续钻进至60m后作为抽采钻孔。之后组内再施工其他抽采钻孔。钻孔直径（mm）75757575钻孔倾角（。）30303030钻孔夹角（。）90909090取样深度（m）303030306.1.4 抽采钻孔施工及封孔抽放钻孔应严格按照设计施工，钻机型号为ZYG150型钻机，风力排渣工艺。在钻孔施工中，应准确记录钻孔参数，包括钻孔倾角、夹

19、角、深度、钻孔开孔时间、终孔时间、钻孔路径夹研位置及长度以及动力现象等。记录如表6所示。表6抽米钻孔施工记录组别钻孔编R钻孔参数施工时间动力现象倾角（）孔深（m）夹角（）钻孔夹研及位置开孔终孔抽采钻孔施工完毕后应及时封孔，由于为本煤层钻孔，根据防突规定第五十条：顺层钻孔的封孔段长度不得小于8m。封孔材料可采用聚氨酯或者水泥浆封孔，封孔后应及时接入抽采系统进行瓦斯抽采。6.1.5 抽采管路布置及附属设施抽采管理及其布置采用狗场煤矿实际设计，但必须煤组钻孔的支管（集气管）上安装一套孔板，在抽放主管上安装一套自动放水器，抽放管路布置及安装如图6和图7所示图6抽放管路布置及附属设施安装位置示意图图7孔

20、板流量计安装示意图孔板2-测量嘴3-抽放管6.1.6 抽采监测当抽采钻孔施工完毕并并进行接抽时应记录接抽日期，同时应每天进行每个钻孔抽采负压测定，如表7所示。根据防突规定第五十条规定:抽采钻孔孔口负压不得小于13KPa。同时，采用WGC瓦斯抽放管道参数测定仪每天应对每组支管的瓦斯抽采参数进行测定，包括瓦斯流量、瓦斯浓度、负压、压差、温度进行测定，对每天的瓦斯抽采纯量进行记录。如表8所示。表7抽采钻孔封孔及接抽记录表组别钻孔编号封孔日期/班次接抽日期/班次备注15表8瓦斯抽米参数及抽米量记录表日期孔板编号孔板系数负压(MPa)压差(mmH2O)浓度(%)温度(C)当地大气压力(MPa)混合流量(

21、m3/min)纯流量(m3/min)采纯量(m3)原始瓦斯含量(m3/t)组别控制区域瓦斯总量(m3)Or抽采率(%)是否降到临界值以下166.1.7 考察区域残余瓦斯含量测定根据瓦斯抽采参数及抽采量记录表，在某一组别抽采量达到一定值的日期，利用井下直接测定方法立即进行该组别残余瓦斯含量的测定。其抽采量达到一定值分为两种情况，一种是当测定的原始瓦斯含量大于8m3/t时，抽采量一定值为根据抽采率计算的残余瓦斯含量小于8m3/t；另一种是当测定的原始瓦斯含量小于8m3/t时，抽采量一定值为抽采率大于30%。依据原始瓦斯含量大小，当抽采量达到上述对应情况时便是测定残余瓦斯含量的时刻，测定方法为井下直

22、接测定法。（ 1）测定方法残余瓦斯含量测定方法同“6.1.3考察区域原始瓦斯含量测定（1）”。（ 2）测定装置残余瓦斯含量测定装置同“6.1.3考察区域原始瓦斯含量测定（2）”。（ 3）取样钻孔及参数考察区域残余瓦斯含量测定，其取样钻孔、钻孔参数及取样位置如图8和表9所示。（ 4）测定结果分析当组内全部残余瓦斯含量测定结果都达标时，认为在该抽采时间内的钻孔间距有效；当组内只要有一个残余瓦斯含量测定结果未达标，认为抽采效果无效，此时将取样钻孔按照抽采钻孔封孔方式进行封孔并及时接入抽采系统，进行接抽。待接抽一定时间后，在组内再次进行残余瓦斯含量测定，从而确定一定抽采时间内的有效钻孔间距。24510

23、2回风巷残余瓦斯含量测定取样点mm第一组于田放士官孔板1孔板2孔板41,第第二组I_1厂_1第四组I自动放水器5102运输巷第三组图8残余瓦斯含量取样点位置图表9考察区域残余瓦斯含量测定取样钻孔参数组别1234备注取样钻孔（编号）1-1、1-22-1、2-23-1、3-24-1、4-21、组间取样钻孔编号左边为1号孔、右边为2号孔。2、取样钻孔施工过程中详细记录动力现象。钻孔直径（mm）75757575钻孔倾角（。）30303030钻孔夹角（。）90909090取样深度（m）20、4020、4020、4020、406.1.8 仪器装备进行瓦斯抽采半径考察需一定的仪器、设备及附属材料，主要包括含

24、量测定装置、钻孔施工装备、孔板流量计、瓦斯抽采参数测定仪、封孔材料、阀门等。所需要仪器装备及附属材料如表10所示表10所需要仪器装备及附属材料序号名称规格型号单位数量备注1瓦斯含量直接测定装置DGC套1测定煤层瓦斯含量2全液压钻机台1施钻深度大于60m3封孔泵台1扬程达到30m4聚氨酯kg封孔5水泥，CL#425kg封孔6膨胀剂U型kg水泥添加剂7孔板套4标件8瓦斯抽放管道参数测定仪WGC套1测定瓦斯抽采参数9闸阀个30单孔管路连接件6.2排放半径考察实施方案狗场煤矿5#煤层排放半径考察采用钻屑指标法进行。狗场煤矿采用直径75mm的排放钻孔，因此，此次考察的排放钻孔直径为75mm。6.2.1

25、考察地点根据狗场煤矿目前采掘情况，考察地点拟选择在5102运输顺梢内进行。考察地点如图9所示。图9排放半径考察区域示意图6.2.2 排放孔及考察孔布置方式首先施工直径42mm的钻屑指标测定钻孔，测定钻屑指标K1值和S值，每米测定一次钻屑指标并记录，孔深12m,之后将该测定钻孔进行扩孔至直径75mm,排放4h之后，在该排放孔旁边，与之成一定的夹角施工考察孔，考察孔直径42mm,投影孔深12m,每米测定一次钻屑指标，并记录。将两次测定的同一米数段的钻屑指标进行对比，当钻屑指标降低到临界值以下或者降幅较大时，认为该米数段的投影距离为75mm排放钻孔的有效排放半径。排放孔考察共施工两组，考察区域排放孔及考察孔布置示意图如图10所示。排放钻孔布置及考察钻孔布置及参数如图11所示，记录如表11所示。£>-o放线moTIO -2#1#位 J111置 1.0m 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m11m12m1#排放孔，直径75mm；煤2#-考察孔，直径42mm；壁首先施工直径42mm的1#孔，测定每米处的K1值和S,然后将其扩孔至直径75m