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        低透突出煤層超聲波增透技術的研究

        2021-04-27 23:13:50畢成業(yè)
        三悅文摘·教育學刊 2021年52期

        畢成業(yè)

        摘要:紅陽二礦南翼三采區(qū)12煤有突出危險,針對12煤層透氣性系數(shù)低,鉆孔瓦斯流量衰減快,瓦斯抽放效果不理想的現(xiàn)狀,在南三-780底板巷采用超聲波增透技術。通過向12煤層中施工鉆孔,將換能器送入煤層段,換能器將電信號轉換成超聲機械振動。使煤層受到震動,產(chǎn)生微裂縫提高煤層透氣性。

        關鍵詞:突出煤層;超聲波增透;煤層透氣性

        一、超聲波增透原理及目的

        高能超聲波煤層處理機理是利用大功率超聲波發(fā)射機將電功率轉化成為高頻電信號,通過超聲波傳輸電纜,將電信號傳輸?shù)矫簩酉鄳恢玫膿Q能器上轉換成大功率超聲波,大功率超聲波在煤層中(含水)主要起到三方面的作用,震動作用、空化作用和熱作用,局部形成高溫、高壓,促進氧化-還原反應,高分子物質解聚,使膠質的瀝青質分子、蠟分子產(chǎn)生斷裂等化學效應,通過解除孔隙堵塞、產(chǎn)生微裂縫提高煤層透氣性,從而增加煤層瓦斯抽采量,降低煤層中瓦斯含量。

        利用超聲波振動疏通煤層原有裂縫,并產(chǎn)生新微裂縫,增加煤巖滲透率,以便更大限度地抽采煤層中賦存的瓦斯,降低煤層中瓦斯含量,利于今后的安全開采。

        二、超聲波增透試驗地點簡介

        本次超聲波增透試驗地點為南三-780底板巷,該底板巷已施工穿層預抽鉆孔1935個,鉆孔布孔方式5m×5m,預抽時間已達10年以上,現(xiàn)單孔瓦斯抽采濃度0~5%,主管路平均瓦斯抽采濃度1%,平均瓦斯抽采純量0.05m3/min。2018年5月礦井對該預抽區(qū)域進行了區(qū)域防突措施效果檢驗,共布置24個效果檢驗測定鉆孔,實測煤層殘余瓦斯含量2.06~11.25m3/t,煤層殘余瓦斯壓力0.4~1MPa,個別測點仍存在超標現(xiàn)象,尚未完全實現(xiàn)區(qū)域性消突。因此必須采取小范圍、小能量、小壓力二次增透或多次增透的方式進一步提高抽采效果,實現(xiàn)抽采達標。所以選擇引進超聲波增透技術。

        三、超聲波增透方案與設計

        超聲波增透鉆孔在-780底板巷第12組與第4號鉆場穿層鉆孔之間施工,鉆孔要求穿過12煤層進入頂板0.5m,鉆孔直徑φ153mm,超聲波增透鉆孔平、剖面布置圖如圖1、2所示。

        利用鉆機將超聲波增透設備(換能器、電纜)通過鉆桿逐根連接送至預增透段(12煤層),煤層平均厚度為4米左右,鉆孔穿煤段斜長為7米。采用后退方式,每1米對煤層進行超聲波增透1小時。

        由于超聲波增透期間需要水為介質傳播超聲波,增透鉆孔內事先下Φ16mm水繩,超聲波增透期間連接靜壓水管持續(xù)向孔內供水,并保持孔內水壓不低于 1MPa??卓谟忙?08mm鐵管封孔??卓谕鈧圈?08mm鐵管內用橡膠圈等材料封堵嚴密,防止漏水。超聲波增透設備連接圖如圖3所示。

        四、超聲波增透過程

        2019年8月3日乙班,超聲波增透相關人員到達作業(yè)地點后,施工人員用鉆機配合將換能器及電纜送入孔內預定位置、連接電纜及其他設備,測量超聲波增透鉆孔兩側10m范圍內抽采孔的單孔瓦斯抽采濃度和主管路瓦斯抽采參數(shù)。準備工作結束后,于13:19開始啟動設備運轉進行超聲波振動增透,每增透1小時后停止設備運轉,打鉆人員操作鉆機退鉆1米再次進行增透。共計進行4次超聲波增透,于18:00完成增透作業(yè)。超聲波增透期間,-780底板巷主抽放管路停止抽放,設備及現(xiàn)場一切正常。

        五、超聲波增透試驗效果考察

        為了考察分析超聲波增透效果,在增透前后,對-780底板巷主管路抽放參數(shù)及超聲波增透鉆孔兩側抽采孔單孔瓦斯抽采濃度進行了測量。

        六、結論

        1.超聲波增透結束后,立即測量增透試驗鉆孔兩側20米范圍內抽采孔的單孔瓦斯抽采濃度。通過測量結果可以確定超聲波增透技術對煤層有增透效果。本次超聲波設備和技術參數(shù)的選擇增透影響范圍在15米左右(效果最佳范圍在6.5米以內)。

        2.根據(jù)超聲波增透前后瓦斯抽采參數(shù)測量結果顯示,主管路瓦斯抽采濃度由增透前1%提高至7.2%,提高7倍;主管路瓦斯抽采純量由增透前0.06m3/min提高至0.56m3/min,提高9倍;單孔瓦斯抽采濃度由增透前0~8%,平均0.7%,提高至0.1~36%,平均9.6%,平均提高約14倍。

        3.通過增透前后瓦斯抽采效果看,鉆孔瓦斯抽采濃度及流量衰減很快,增透12小時后基本恢復到未增透前狀態(tài),還需對超聲波設備和技術參數(shù)進行調整和優(yōu)化。

        參考文獻:

        [1]曹垚林.水力化技術防治煤與瓦斯突出研究現(xiàn)狀及展望[J].煤礦安全,2020,51(10):7.

        [2]高磊.超聲波檢測技術在水利工程中的應用及優(yōu)化[J].水電水利,2020,4(1):2.

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