“三软”低透气性煤层超前钻孔有效排放半径的测定

邹山旺,刘际宏,孟凡新

郑州煤业集团大平煤矿,河南登封

摘　要:利用钻孔流量法,对大平煤矿二1煤层的超前钻孔有效排放半径进行了测试,为“三软”低透气性煤层超前钻孔的布置提供了科学依据,提高了防突措施的有效性。

关键词:低透气性煤层;钻孔流量法;排放半径测定

中图分类号:TD713　　　　文献标识码:B　　　文章编号:1003-496X(2006)07-0014-02

大平煤矿是煤与瓦斯突出矿井,首次动力现象发生在11111下副巷,从1992年以来,开始尝试利用超前钻孔作为防治煤与瓦斯突出和排放瓦斯措施,由于二1煤层属于“三软”低透气性煤层,钻孔瓦斯流量小,衰减快,给超前钻孔有效排放半径的测定带来了很大困难,一直未能测定二1煤层超前钻孔的有效排放半径。2005年6月,在大平煤矿11东翼胶轨三联巷运用钻孔流量法成功对二1煤层的超前钻孔有效排放半径进行了测试。

1　测试地点概况

大平煤矿开采的二1煤层,层位稳定,平均厚度7. 5 m,直接顶板一般为灰黑色泥岩和砂质泥岩,平均厚度5 m左右,较为平整;直接底板为黑色泥岩,砂质泥岩局部为粉砂岩,平均厚度7. 45 m,较平整,但局部呈现凹凸不平。井田内地层倾角6°~30°,变化较大,给矿井的正常生产带来一定难度。

测试地点为11东翼胶轨三联巷,设计长度为26 m,从轨道巷向胶带巷施工按坡度+15°进行,测试前轨道巷施工到三联巷位置,胶带巷距三联巷还有48 m。煤层直接顶和直接底均为泥岩,厚度分别为2. 8 m和0. 9 m。

2　测定方法

目前常用的钻孔有效排放半径的测定方法有3种:①瓦斯压力降低法;②钻孔瓦斯流量法;③工作面点预测预报法。根据《防治煤与瓦斯突出细则》的有关规定,选择钻孔流量法测定二1煤层超前钻孔的有效排放半径。

利用钻孔瓦斯流量法测定超前钻孔有效排放半径的步骤如下:

(1)沿工作面软分层打3~5个相互平行的测量钻孔,孔径42mm,孔长5~7m,间距0.3~0.5m。

(2)对各测量孔进行封孔,封孔时应保证测量室长度为1 m。

(3)钻孔密封后,立即测量钻孔瓦斯涌出量,并每隔2~10 min测定一次,每一测量孔测定次数不得少于5次。

(4)在距最边缘测量钻孔中心0. 5 m处,打一个平行于测量孔的超前钻孔(直径是待考察超前钻孔有效排放半径的钻孔直径),在打超前钻孔过程中,记录钻孔长度、时间和各测量孔中的瓦斯涌出量变化。

(5)超前钻孔打完后,每隔2~10 min测定各测量孔的瓦斯涌出量。

(6)打完超前钻孔后测定2 h。

(7)绘制出各测量孔的瓦斯涌出量变化图。

(8)如果连续3次测定测量孔的瓦斯涌出量都比打超前钻孔前增大10%,即表明该测量孔处于超前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,即为超前钻孔的有效排放半径。

3　排放半径测试

3. 1　测试地点及钻孔布置

选择在没有执行过防突措施的11东翼胶轨三联巷,该地点具有瓦斯地质及构造地质的代表性。超前钻孔直径75 mm,测试孔直径42 mm,深度均为7 m。钻孔布置如图1所示。

3. 2　操作工序

1—措施孔; 1#、2#、3#—测试孔

　　(1)由打钻工和测试工分别检查煤电钻、防突钻机、钻头及瓦斯流量测试仪的完好情况,做好测试前的准备工作。

(2)使用煤电钻按照钻孔设计施工测试钻孔,钻孔直径42 mm,深度为7 m。

(3)每打完一个测试钻孔,立即利用封孔器对钻孔进行严实封闭,测量室封闭为1 m。在封完孔后,并根据需要对封孔胶囊进行补气,封孔压力稳定在0. 2MPa左右,保证严密不漏气。

(4)封完孔后利用转子流量计开始对钻孔进行读数,每3 min读一次数,读数次数不少于8次,并根据表格要求做好详细记录。

(5)当第三个测试钻孔读完8次数据后,开始施工措施孔,并严格按照要求的方位、倾角进行施

工。详细记录打钻进度,每米施工时间。

(6)在施工措施钻孔过程中,详细记录打钻过程中各测试钻孔中的瓦斯流量。每施工1m措施孔记录一次瓦斯流量的变化情况。

(7)措施孔施工完后,每隔3 min对测试钻孔的瓦斯流量进行一次读数,并做好记录。打完钻孔后测试2 h或到读不出数为止。当瓦斯流量变小时可更换小量程的转子流量计。

3. 3　数据处理

(1)以时间和流量为参数做出测试钻孔瓦斯流量曲线,并在后2 h内做出模拟曲线,线值为施工措施孔前的110%。

(2)做出开始施工措施孔后各测试钻孔的瓦斯流量曲线,当有连续3次测的数据在模拟曲线以上,说明该测试孔在措施孔的有效排放半径内。

(3)在措施孔影响范围内的最远测试孔与措施孔的法线距离,即为措施钻孔的有效排放半径。

3. 4　测定结果

(1)钻孔流量变化。1#、2#、3#测试孔在措施孔1施工前后的流量变化如图2和图3所示。

(2)测试数据分析。1#测试钻孔在施工措施孔前流量稳定在3. 5 L/min,措施孔施工后瓦斯涌出量为9. 333 L/min,稳定为12 min,流量增量为170%; 2#测试孔在施工措施孔前流量稳定在0. 189L/min,措施孔施工后瓦斯涌出量为0. 236 L/min,稳定时间为24min,流量增量为25%; 3#测试钻孔在措施孔施工前、后流量没有增大,一直呈直线下降趋势。由此确定,Φ75 mm超前钻孔有效排放半径为1. 05 m