峻德煤礦33煤層瓦斯抽采半徑測定報告

1、目 錄目 錄1一、概況21煤層賦存情況22水文地質(zhì)情況3二、內(nèi)容與方法31、該項目研究內(nèi)容32、研究方法的主要依據(jù)：43、確定33號煤層瓦斯抽采半徑方法：4三、瓦斯參數(shù)數(shù)據(jù)分析61、煤層原始瓦斯壓力分析62、直接法測定煤層瓦斯含量63、測定煤堅固性系數(shù)74、測定瓦斯放散初速度75、有效抽采半徑與時間的關(guān)系8四、結(jié)論10一、概況鶴崗分公司峻德煤礦為年產(chǎn)3.00Mt的大型礦井，位于鶴崗礦區(qū)最南端，北與興安礦為鄰，南北走向長5.6km，東西傾斜寬3.5km，井田面積19.60km2。開采的煤層有3、9、11、17、21、22-1、23、27-1、28、30、33-1層共11個煤層。礦井瓦斯涌出量較大

2、，礦井總回風(fēng)量24560m3/min，通風(fēng)負(fù)壓220mmH2O，通風(fēng)等積孔為10.57m2。礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，通風(fēng)能力滿足生產(chǎn)需要。礦井采用機(jī)械通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，通風(fēng)方式為對角式，通風(fēng)方法為抽出式，井下局部通風(fēng)地點采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式供風(fēng)。井下采煤方法為走向長壁后退式開采，全部垮落管理頂板。我礦地面永久抽采系統(tǒng)安設(shè)2BEF-50水環(huán)式真空泵兩臺，額定流量為235m3/min，電機(jī)功率315KW，KJ73A監(jiān)測系統(tǒng)齊全。其中一臺正常運轉(zhuǎn)，一臺備用，對二水平南一、二、三區(qū)及三水平進(jìn)行抽采，抽采負(fù)壓為458mmHg，抽采濃度37.1%，純流量為20.7m3/min，混合流量為55.7m3/min，井下

3、現(xiàn)安設(shè)移動抽放泵站4處，安設(shè)移動抽放泵 8臺，永久抽放系統(tǒng)管路總長度11600m。我礦與沈陽煤科院簽訂合同，對22-2、27-1、30層煤進(jìn)行突出煤層鑒定，22-2層在-300m標(biāo)高施工抽放鉆孔過程中有噴孔等瓦斯動力現(xiàn)象發(fā)生，22-2層在-300m標(biāo)高以下為突出煤層。27-1為突出煤層。30層在-250m、-500m標(biāo)高發(fā)生過煤與瓦斯動力現(xiàn)象，30層在-250m標(biāo)高以下為突出煤層，本礦為突出礦井。1煤層賦存情況33-1號煤層：距31號煤層64-75，煤層厚1.67.87，夾矸35層，為0.090.45的炭頁巖及凝灰?guī)r，煤種為QM，中灰份。煤層產(chǎn)狀：93°34°。偽頂為0.4

4、1.62m的炭質(zhì)泥巖或薄煤與炭頁巖互層，全區(qū)發(fā)育；直接頂為6的灰黑色粉砂巖,以粉砂質(zhì)為主；老頂為30米的白色中砂巖，較硬，無層理；底板為2的灰色粉砂巖，以粉砂質(zhì).泥質(zhì)為主。2水文地質(zhì)情況南翼軌道大巷已穿過該區(qū)域，開拓掘進(jìn)過程中未發(fā)現(xiàn)涌水量增大情況，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，距L30斷層120m，距其派生f1斷層20m。二、內(nèi)容與方法峻德煤礦于2010年4月27日9時12分發(fā)生煤（巖）與瓦斯突出；煤（巖）與瓦斯突出地點是三水平中央一號水倉巖巷掘進(jìn)工作面，突出煤層為30號煤層。突出煤在35m范圍內(nèi)，平均高2m，突出煤量約380 t，突出瓦斯總量為7534 m3。峻德煤礦升級為突出礦井。突出隱患的存在不僅

5、極大增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且隨著生產(chǎn)規(guī)模的日趨展開或開采水平的不斷延深將嚴(yán)重威脅著安全生產(chǎn)，形勢非常嚴(yán)峻。隨著礦井煤與瓦斯突出危險性的不斷提高，相應(yīng)的安全管理和決策工作也必將面臨更加嚴(yán)重的考驗。首先是現(xiàn)場工程技術(shù)人員從意識上要更加重視對突出煤層瓦斯賦存、運移、涌出特征及煤與瓦斯突出規(guī)律的分析與掌握；其次是在此基礎(chǔ)上逐步總結(jié)出比較適合本礦井實際條件的瓦斯預(yù)測技術(shù)及其指標(biāo)體系，并力求加以應(yīng)用、推廣；最后達(dá)到跟蹤采掘進(jìn)程及時制定出有效安全措施的目的。鑒于此，在鶴崗分公司領(lǐng)導(dǎo)的積極關(guān)注和支持下，由峻德煤礦通風(fēng)副總牽頭，防突辦與抽采區(qū)等相關(guān)基層單位聯(lián)合開展了“峻德煤礦33煤層穿層鉆孔瓦斯抽采半徑測定”

6、工作。1、該項目研究內(nèi)容該項目主要包括以下幾方面的研究內(nèi)容：1）收集與整理峻德煤礦33層煤瓦斯相關(guān)參數(shù)測量的數(shù)據(jù)，包括壓力、含量、放散初速度、堅固性系數(shù)、鉆屑解吸指標(biāo)等進(jìn)行分析。2）確定33煤層穿層鉆孔瓦斯抽采半徑。2、研究方法的主要依據(jù)：1）、煤層瓦斯含量測定方法GB/T250-09；2）、煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法MTT 638-96；3）、鉆孔瓦斯放散初速度的測定方法AQ 1080-2009；4）、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)的測定方法AQT 1065-08；5）、煤的堅固性系數(shù)測定方法MT49-87；6）、煤礦瓦斯抽放技術(shù)規(guī)范MTT 692-97；7）、煤的甲烷吸附量測定方法MTT 752

7、-97；8）、煤礦安全規(guī)程；9）、防治煤與瓦斯突出規(guī)定；3、確定33號煤層瓦斯抽采半徑方法：煤層瓦斯影響抽采半徑的確定方法為：鉆孔抽采是煤體在負(fù)壓作用下的瓦斯排放，其鉆孔的瓦斯抽采量即為煤體瓦斯含量的減小量，當(dāng)鉆孔的壓力觀測參數(shù)下降10 %時，即表明該測量孔處于鉆孔的抽采影響范圍內(nèi)。煤層瓦斯有效抽采半徑的確定方法（有效性指標(biāo)）為：抽采鉆孔影響范圍內(nèi)殘余瓦斯壓力小于0.74MPa且預(yù)抽率大于30為指標(biāo)，瓦斯壓力下降超過51。鉆孔測試法以壓力指標(biāo)來測定鉆孔的有效抽采半徑: 首先在煤層打一排鉆孔, 如圖 1所示 ：1、2、3、4、5、6均為測壓孔, 在 6號孔一注：曹新奇. 瓦斯抽放鉆孔有效抽放半徑

8、的測定. 煤炭工程. 2009 （9）. 88-90側(cè)打抽放鉆孔7。鉆孔見煤點之間的距離為1米; 打完后在測壓孔上安裝壓力表, 再將測壓孔封閉嚴(yán)密。待測壓孔壓力表穩(wěn)定后，對 7號孔進(jìn)行抽采, 定期觀察測壓孔的瓦斯壓力。如果壓力表顯示的瓦斯壓力符合有效性指標(biāo)，則距抽采鉆孔最遠(yuǎn)有效距離就是鉆孔的有效抽采半徑。圖 1 測試鉆孔布置示意圖 地點在三水平南翼皮帶大巷20號硐室，布置預(yù)測抽采半徑鉆孔7個，對33-1層煤進(jìn)行瓦斯抽采半徑測試。該硐室在門25點前20米。技術(shù)要求：孔徑94，孔與孔間距為0.4米，開孔高度為1.2米，鉆孔個數(shù)7個，每個方位1個孔，按7個方位呈扇形布置，按7、6、5、4、3、2、1

9、號孔依次施工。所有鉆孔從33號煤層頂板巖巷穿過煤層并進(jìn)入底板。封孔采用2吋鋼管作為封孔管，封孔材料采用普通硅酸鹽水泥，利用BFK型封孔泵封孔，封孔長度為12米。1-6號孔安裝壓力表，7號孔上球門，待壓力表穩(wěn)定后，7號孔對抽。防突辦詳細(xì)記錄抽采參數(shù)及測壓孔瓦斯壓力變化的情況。鉆孔技術(shù)參數(shù)一覽表孔 號孔 深（m）角度（º）方位（º）備 注1461026123米見煤，見12米煤2411027018米見煤，見12米煤3371027418米見煤，見11米煤4401027818米見煤，見12米煤5411028118米見煤，見12米煤6451028920米見煤，見15米煤75110292

10、27米見煤，見14米煤鉆孔在預(yù)抽煤層瓦斯時，在煤層瓦斯壓力和抽采負(fù)壓的共同作用下，鉆孔周圍煤體的瓦斯不斷進(jìn)入鉆孔被抽走，形成以鉆孔為軸心的類似圓柱的抽采影響范圍，抽采影響范圍的半徑稱之為抽采影響半徑；隨著抽采時間的延長，抽采影響半徑會逐漸加大，鉆孔的有效抽采半徑是指在規(guī)定的抽采時間內(nèi)鉆孔抽采瓦斯的有效影響范圍。三、瓦斯參數(shù)數(shù)據(jù)分析1、煤層原始瓦斯壓力分析瓦斯壓力是瓦斯突出預(yù)測和瓦斯涌出量預(yù)測的重要參數(shù)，是判別煤與瓦斯突出的一個有效指標(biāo)之一。其測定方法一般按照煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法MTT 638-96。峻德煤礦自防突辦成立以來，積累了不少瓦斯壓力的實測數(shù)據(jù)資料，特別是在三水平，每個區(qū)

11、域都有瓦斯壓力測點，基本規(guī)律是瓦斯壓力隨著煤層埋深的增加而增大。根據(jù)現(xiàn)有的瓦斯壓力測定資料狀況及以往的生產(chǎn)實踐和科研活動結(jié)論綜合分析，本次研究確定：煤層瓦斯壓力沿-500m水平（埋深725m）從南到北變化具有增高的規(guī)律性，分別為：三水平南翼皮帶巷0.38Mpa；三水平北三四區(qū)機(jī)道石門0.94 Mpa；本次測定33煤層瓦斯壓力時采用水泥砂漿封孔工藝。根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，分別選定了在三水平南翼皮帶大巷20號硐室布置預(yù)測抽采半徑鉆孔7個，該硐室在門25點前20米，本次最大壓力為0.38 Mpa.進(jìn)一步豐富了用于33煤層瓦斯壓力分布規(guī)律及預(yù)測分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。壓力觀測表格見附表12、直接法測定煤層瓦

12、斯含量煤層瓦斯含量是煤層瓦斯主要參數(shù)之一，它是礦井瓦斯涌出和煤層突出危險性預(yù)測的主要依據(jù)。直接法測定煤層瓦斯含量的相關(guān)工作由防突辦自行完成，采集的煤樣裝入煤樣罐密封解吸，井下現(xiàn)場解吸，然后進(jìn)行地面解吸，在實驗室測定煤層的瓦斯殘存量。測得含量為5.63 m3/t。3、測定煤堅固性系數(shù)煤的堅固性系數(shù)是一個反映煤體抵抗外力作用能力的綜合指標(biāo)，它取決于煤的組成成分、煤級、煤體結(jié)構(gòu)等。這種方法是建立在脆性材料破碎遵循破碎材料面積力能學(xué)說的基礎(chǔ)上形成的，即“脆性材料被破碎時所消耗的功與其所增加的表面積的n次方（一般n=1）成正比。根據(jù)這一原理，目前通常采用落錘法進(jìn)行煤堅固性系數(shù)的測定，并按下式計算：式中：

13、煤的堅固性系數(shù)； 落錘次數(shù)（對于、類煤n=5；對于、類煤n=3）； 5份煤樣粉末總高度，mm。在瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究與瓦斯突出預(yù)測中，f值是一個有效指標(biāo)，它定量地反映了煤體結(jié)構(gòu)和煤體強(qiáng)度。f值越大，煤體結(jié)構(gòu)相對越完整，突出危險性越小；反之突出危險性越大。該地點f值：0.53。4、測定瓦斯放散初速度瓦斯放散初速度定量地反映了瓦斯從煤體解吸、運移出來的快慢程度。一般情況下煤體結(jié)構(gòu)越不完整，瓦斯放散初速度越高，瓦斯突出危險性也越大。不同地帶f值與分布的差異性也充分反映煤與瓦斯突出區(qū)域分布的非均質(zhì)性和可區(qū)劃性。該地點值：8。隨著采掘深度的增加，由于有些保護(hù)層不可采，使具有開采保護(hù)層條件的突出礦井越來越少，

14、同時礦井的突出危險性日益嚴(yán)重。峻德煤礦防止煤與瓦斯突出的局部措施目前是以預(yù)抽煤層瓦斯為主。有效抽放半徑是該措施的一個重要參數(shù)，直接關(guān)系到預(yù)抽鉆孔密度和預(yù)抽時間的長短。因此，確定鉆孔的有效抽放半徑對正確設(shè)計抽放鉆孔方法、數(shù)目以及抽放效果都具有重要的現(xiàn)實意義。為了確定合理的鉆孔間距，應(yīng)首先知道鉆孔的有效抽放半徑。鉆孔的有效抽放半徑是指在規(guī)定的抽放時間內(nèi)鉆孔抽放瓦斯的有效影響范圍。可根據(jù)不同抽放時間的影響距離和鉆孔的不同瓦斯壓力情況下的瓦斯抽放量確定抽放鉆孔合理間距。而鉆孔間距選擇的合理性，對提高煤層的瓦斯抽放率是有作用的。由于每個鉆孔在某一流動時間內(nèi)都有自己控制的一個瓦斯流場，所以只有在流動場內(nèi)相

15、互不受干擾時增加鉆孔密度，才能經(jīng)濟(jì)有效的提高煤層瓦斯抽放量。最佳鉆孔間距與鉆孔流動場的控制范圍有關(guān)。對于低透氣性煤層，每個鉆孔所控制的瓦斯流動場的范圍是很小的，隨著時間的增長，流動場的擴(kuò)展范圍也很小，在這種情況下，縮小鉆孔間距對提高瓦斯抽放率效果較顯著而且當(dāng)鉆孔密度達(dá)到一定程度時，對煤層還能起到增加卸壓作用。煤層是孔隙裂隙介質(zhì)，其中充滿微小的孔隙。實際上，當(dāng)石門或鉆孔揭穿煤層時，煤層中瓦斯的流動是不穩(wěn)定的，這種不穩(wěn)定流動需經(jīng)過一定時間后才能趨于穩(wěn)定。煤層瓦斯抽采參數(shù)確定的依據(jù)，最重要的就是煤層瓦斯的原始壓力與原始含量。5、有效抽采半徑與時間的關(guān)系有效抽采半徑是指在規(guī)定的抽采時間內(nèi)，在該半徑范圍

16、內(nèi)瓦斯壓力或者瓦斯含量降到安全指標(biāo)值以下。鉆孔間距應(yīng)小于或等于鉆孔有效抽采半徑的2倍。鉆孔的抽采半徑是抽采瓦斯時間、最大瓦斯壓力和煤層透氣性系數(shù)的函數(shù)。在不同的抽采時間時鉆孔周圍瓦斯壓力越來越接近原始瓦斯壓力值；隨著抽采時間的增加，抽采半徑也逐漸擴(kuò)大，但是抽采半徑增大的速度越來越??；到達(dá)某一臨界時間時，抽采半徑已經(jīng)接近極限值，此后，再延長抽采時間是無意義的。圖2 33煤層抽采半徑壓力變化曲線由圖2可以看出：6號孔抽采31天（4月23日）后壓力不再下降，壓力達(dá)到平衡，也就是說33號煤層抽采31天的抽采半徑是1米，5號孔抽采60天后壓力不再下降，壓力達(dá)到平衡，33號煤層抽采60天的抽采半徑是2米，

17、4號孔抽采70天后壓力不再下降，壓力達(dá)到平衡，33號煤層抽采70天的抽采半徑是4米，3號孔抽采90天后壓力不再下降，壓力達(dá)到平衡，33號煤層抽采90天的抽采半徑是5米，1、2號孔壓力沒有達(dá)到有效抽采半徑的確定方法。由圖上可以得出33號煤層抽采90天的抽采半徑是5米。從圖上還能看出抽采半徑>4m以后，隨著時間的增加，抽采的效果不會有大的改變。而抽采半徑在14m之間時，煤層瓦斯壓力能在90天的抽采時間內(nèi)降低到安全壓力以下，完全能到達(dá)我們抽采的目的。這主要是因為實施密集鉆孔能夠在較短的時間內(nèi)起到對煤層泄壓的作用，迅速降低煤層原始壓力，使相鄰鉆孔之間的煤層受到擾動。尤其在煤層原始透氣性差的情況下，更要實施密集鉆孔，提高煤層透氣性。而抽采半徑太大，則完全起不到相應(yīng)的效果。隨著抽采時間的延長，瓦斯抽采壓力的變化率逐漸減小，但在條件允許(如生產(chǎn)接替不緊張和抽采系統(tǒng)有足夠的冗余)時，用延長抽采時間的方法來提高瓦斯抽采率還是合算的。