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        卸壓區(qū)域順層鉆孔兩堵一注定點(diǎn)封孔位置考察與應(yīng)用

        2021-04-09 07:38:08白明鍇
        煤炭與化工 2021年2期
        關(guān)鍵詞:工藝區(qū)域

        白明鍇

        (河南永錦能源有限公司,河南 許昌 461670)

        0 引 言

        封孔質(zhì)量是影響抽采效果的關(guān)鍵因素,不同封孔工藝和封孔材料下的抽采效果具有較為明顯的區(qū)別特征[1],若封孔深度較長(zhǎng),不僅會(huì)浪費(fèi)封孔材料,還會(huì)導(dǎo)致從松動(dòng)區(qū)邊界到封孔段末端一帶的煤體瓦斯抽不出,從而形成抽采盲區(qū)[2],為了解決鉆孔漏氣現(xiàn)象,對(duì)原有的封孔工藝進(jìn)行改進(jìn),提出定點(diǎn)定長(zhǎng)度封孔方法[3],既保證了鉆孔封孔的氣密性,又節(jié)約了封孔材料。

        1 概 況

        根據(jù)河南省地層區(qū)劃,禹州煤田位于華北板塊南緣嵩箕構(gòu)造區(qū)汝陽(yáng)—確山小區(qū)之禹州煤田景家洼向斜北翼西段。云蓋山煤礦一礦位于禹州煤田西部,主要開采二1煤層,屬煤與瓦斯突出礦井,地質(zhì)條件復(fù)雜,煤層賦存不穩(wěn)定,煤層透氣性系數(shù)為0.435 m2/(MPa2·d),衰減系數(shù)為 0.02 ~ 0.11d-1。煤巷掘進(jìn)區(qū)域采取穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯煤層瓦斯的方法并配合水力沖孔卸壓增透措施,回采區(qū)域采取穿層鉆孔治理,并在上下順槽施工順層鉆孔降低煤層瓦斯含量。

        2 封孔工藝現(xiàn)狀及兩堵一注定點(diǎn)封孔工藝

        2.1 封孔工藝現(xiàn)狀

        22204 運(yùn)輸順槽以上20 m 范圍為穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶治理區(qū)域(圖1),在向回采區(qū)域施工的順層鉆孔,由于無(wú)法確定水力沖孔后疏松圈的位置,封孔深度24 m,采用礦用合成樹脂和水泥漿一堵一注封孔,大量漿液滲透封孔段,以達(dá)到封閉的目的。

        圖1 22204 底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯平、剖面Fig.1 Strip gas leveling and section of pre-coal pumping roadway in 22204 bottom pumping roadway through borehole

        2.2 兩堵一注定點(diǎn)封孔工藝原理

        礦井實(shí)測(cè)水力沖孔的抽放半徑為7.8 m,穿層鉆孔條帶治理控制22204 運(yùn)輸順槽巷道輪廓線外20 m(斜距),假定水力沖孔影響的范圍為橢圓形(圖2),順層鉆孔的封孔深度大于27 m 才能封過(guò)穿層鉆孔條帶治理區(qū)域,結(jié)合礦井巷道預(yù)排瓦斯等值寬度測(cè)試報(bào)告,當(dāng)煤壁暴露時(shí)間為300 d 時(shí),巷道預(yù)排瓦斯等值寬度為30 m,巷道掘進(jìn)至回采的時(shí)間>300 d,在鉆孔的24 ~30 m 兩堵一注定點(diǎn)封孔,封孔位置在穿層鉆孔條帶治理以里,且不超過(guò)30 m 的位置,帶壓封孔能主動(dòng)支護(hù)鉆孔,膨脹力繼續(xù)壓密未曾充填的裂隙,進(jìn)一步減少漏氣通道,有效的防止鉆孔漏氣,且有效的避免鉆孔抽采盲區(qū)。

        圖2 兩種封孔工藝示意Fig.2 Two kinds of hole sealing processes

        3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及抽放效果考察

        3.1 試驗(yàn)地點(diǎn)布置

        為了確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性,在22204 運(yùn)輸順槽里程926 ~950 m 煤層賦存穩(wěn)定的區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn),該區(qū)域平均煤厚5 m,原始瓦斯含量5.28 m3/t,原始瓦斯壓力0,采用抽采參數(shù)對(duì)比的方法,一堵一注封孔一組,試驗(yàn)鉆孔各施工一組進(jìn)行對(duì)比,每組設(shè)置10 個(gè)鉆孔,鉆孔間距1.2 m。鉆孔施工完成后,聯(lián)網(wǎng)抽放(表1)。

        3.2 鉆孔初抽濃度對(duì)比

        鉆孔采用打1 個(gè)、封1 個(gè)、開抽1 個(gè)、觀測(cè)1個(gè)的方法,鉆孔測(cè)定初抽濃度后記錄在檔,全部施工結(jié)束后,進(jìn)行初抽濃度對(duì)比,如圖3 所示。

        由圖3 可知,兩堵一注定點(diǎn)封孔的初抽濃度最高94%,初抽濃度在80%以上的鉆孔7 個(gè);一堵一注封孔的初抽濃度最高95%,初抽濃度在80%以上的鉆孔6 個(gè),由此可見,兩堵一注定點(diǎn)封孔和一堵一注封孔的初抽濃度基本一致。

        表1 一堵一注封孔與兩堵一注定點(diǎn)封孔情況對(duì)比Table 1 Comparison of one-plugging-and-one injection sealing hole and two-plugging-and-one injection fixed point sealing hole

        圖3 初抽濃度對(duì)比Fig.3 Comparison of initial extraction concentration

        3.3 組抽放濃度對(duì)比

        全部鉆孔施工結(jié)束,規(guī)范聯(lián)網(wǎng)后,每天觀測(cè)1次,進(jìn)行組參數(shù)對(duì)比,觀測(cè)周期30 d。抽采參數(shù)對(duì)比方式:因鉆孔施工時(shí)間不同,觀測(cè)期間存在抽放時(shí)間差異,采用累計(jì)抽放時(shí)間對(duì)比,即一堵一注封孔聯(lián)網(wǎng)后第一天與兩堵一注定點(diǎn)封孔聯(lián)網(wǎng)后第一天進(jìn)行對(duì)比,以此類推(圖4)。

        圖4 組抽放濃度對(duì)比Fig.4 Comparison of pumping concentrations in groups

        圖4 中顯示兩堵一注定點(diǎn)封孔的組抽放濃度最高62.2%,一堵一注封孔的組抽放濃度最高60%,開抽前10 d 內(nèi)變化大,無(wú)明顯的規(guī)律,從11 d 開始以后,兩堵一注定點(diǎn)封孔的組抽放濃度總體趨勢(shì)高于一堵一注封孔,在抽放第26 d 后兩堵一注定點(diǎn)封孔的抽放濃度仍在50%,一堵一注封孔的抽放濃度下降到16.2%,由此可以看出兩堵一注定點(diǎn)封孔比一堵一注封孔抽放濃度衰減慢。

        3.4 組抽放負(fù)壓、混合流量對(duì)比

        圖5 為組抽放負(fù)壓對(duì)比,圖中顯示兩堵一注定點(diǎn)封孔的負(fù)壓在15.7~22.9 kPa 波動(dòng),一堵一注封孔的負(fù)壓在14.2 ~21 kPa 波動(dòng),通過(guò)對(duì)比,采用帶壓封孔,存在漿液滲透不均勻,局部與穿層鉆孔條帶治理區(qū)域較近,發(fā)生漏氣現(xiàn)象,抽放負(fù)壓負(fù)壓損耗偏大,略低于兩堵一注定點(diǎn)封孔。

        圖5 組抽放負(fù)壓對(duì)比Fig.5 Comparison of suction negative pressure groups

        圖6 為組抽放混合流量對(duì)比,圖中兩堵一注定點(diǎn)封孔的組混合流量在0.041 ~0.144 m3/min 波動(dòng),一堵一注封孔的組混合流量在0.099 ~0.226 m3/min 波動(dòng),相比一堵一注封孔距煤巷條帶治理區(qū)域較近,封孔深度較淺,易發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

        圖6 組抽放混合流量對(duì)比Fig.6 Comparison of pumping mixed flows

        3.5 組抽放純流量對(duì)比

        圖7 為組抽放純量對(duì)比,圖中兩堵一注定點(diǎn)封孔的抽放純流量最大達(dá)到0.086 m3/min,一堵一注封孔的抽放純流量最大達(dá)到0.095 m3/min,兩堵一注定點(diǎn)封孔的抽放純流量最小0.013 m3/min,一堵一注封孔的抽放純流量最小0.007 m3/min;在抽放10 d 后,兩堵一注定點(diǎn)封孔組的抽放純流量均大于一堵一注封孔組。

        圖7 組抽放純流量對(duì)比Fig.7 Comparison of groups of pure pumping flows

        3.6 抽采量對(duì)比

        表2 為抽采量統(tǒng)計(jì),表中兩堵一注定點(diǎn)封孔比一堵一注封孔的平均抽采量日增長(zhǎng)20.9 m3,單孔平均抽采量日增長(zhǎng)2.09 m3,鉆孔平均每米孔長(zhǎng)日增長(zhǎng)0.74 m3,兩堵一注定點(diǎn)封孔的累計(jì)抽采量是一堵一注封孔的1.5 倍。

        表2 抽采量統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of extraction quantity

        4 經(jīng)濟(jì)效益分析

        表3 顯示兩堵一注定點(diǎn)封孔成本約1 178 元,一堵一注的封孔成本約1 340 元,相比減少封孔材料費(fèi)用162 元,22204 運(yùn)輸順槽長(zhǎng)度1 500 m,設(shè)計(jì)鉆孔工程1 250 個(gè),全部使用這種工藝可節(jié)約封孔材料費(fèi)用20 萬(wàn)元。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)穿層條帶治理卸壓區(qū)域順層鉆孔兩堵一注定點(diǎn)封孔與傳統(tǒng)的封孔工藝(一堵一注封孔)試驗(yàn)對(duì)比,確定出礦井的穿層條帶治理卸壓區(qū)域順層鉆孔的最佳封孔位置,在24 ~30 m 位置定點(diǎn)注漿充填,在保證鉆孔的氣密性的同時(shí),節(jié)約了封孔材料。

        表3 封孔材料成本對(duì)比(以平均孔深71.6 m 為例)Table 3 Comparison of hole sealing material cost(taking average hole depth of 71.6 m as an example)

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