钻孔抽放半径测定方案.docx
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钻孔抽放半径测定方案
钻孔抽放半径测定方案
为合理选择抽放钻孔的间距,确定适宜的抽放时间,在-600东翼运输大巷进行了瓦斯抽放半径的实验,特制定本方案。
一、-600东翼运输大巷的煤岩层赋存特征
-600m水平延深东翼运输大巷为穿层全岩巷道,该地层为一单斜构造,地层走向35°~61°,倾向北西,平均倾角8~10°,-600m水平东翼运输大巷按5‰上坡掘进,巷道开门点七层煤位于巷道顶板以上1.5m处,巷道掘进1160m范围内巷道将沿七层煤底板砂岩掘进,剩余740m为穿层掘进,将先后穿过粉砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、八层煤、细粒砂岩、粉砂岩、二灰、九层煤。
煤7:
厚1.0米,黑色,条痕黑褐色,成分主要为亮煤,镜煤和暗煤,玻璃光泽,阶梯状断口,内生裂隙发育,属半亮型煤,中间夹含黄铁矿结核,容重1.53t/m3。
粉砂岩:
厚1.3m,深灰色,薄层状,含植物根及茎部化石。
硬度系数f=5。
细粒砂岩,厚度约6.0米,浅灰~灰色,夹线理状及薄层状粉砂岩,断面见叶片化石发育水平,缓波状及波状层理,成分以石英为主,长石次之,含植物化石,钙质胶结,厚层状,裂隙被方解石充填,较坚硬,硬度系数f=6~7。
粉砂岩:
厚度为5.5米,深灰色,含植物根化石,下部夹细砂岩薄层条带,含少量植物碎片化石,硬度系数f=3.0。
8煤:
厚度0.3m。
细粒砂岩:
厚度约为7.0米,浅灰-灰色,致密、坚硬,成份以石英、长石为主,暗色矿物次之,具水平层理,含炭化植物碎片化石,f=5~6.0。
粉砂岩:
厚度约为7.6米,灰色,平坦,参差和贝壳状断口,有泥岩细砂岩夹层,有生物扰动构造,具水平纹理,含少量动植物碎屑化石。
f=5~6.0。
二灰:
厚度2.0m,灰色,含海百合茎,珊瑚及腕足动物碎片化石,顶,底部不纯,含泥质,裂隙较发育,被方解石充填。
9煤:
厚度0.3m。
二、施工设计
1、施工器具:
Ф89mm冲击钻头、ZQS-100B型潜孔钻机。
2、施工钻孔参数:
在-600运输大巷两帮内底板以上1.2m处,施工12个穿层钻孔,每3个钻孔为一组,以穿过煤层0.5m为止。
每帮施工两组6个钻孔。
左帮第一组钻孔:
间距分别为1m、0.5m,仰角6°。
左帮第二组钻孔分别为:
1.5m、2.0m,仰角6°。
两组钻孔间距10m。
右帮第一组钻孔:
间距分别为1m、0.5m,仰角14°。
左帮第二组钻孔分别为:
1.5m、2.0m,仰角14°。
两组钻孔间距10m。
具体参数及示意图如下:
测压孔参数表
组号
编号
钻孔仰角(°)
钻孔与巷道中心线的水平夹角(°)
开空位置距离7煤层距离(m)
煤层倾角(°)
煤层厚度(m)
岩石段长度(m)
钻孔施工长度(m)
左帮一组
1
8
90
4.3m
8
1
15.9
20.5
2
8
90
4.3m
8
1
15.9
20.5
3
8
90
4.3m
8
1
15.9
20.5
左帮二组
4
8
90
4.3m
8
1
15.9
20.5
5
8
90
4.3m
8
1
15.9
20.5
6
8
90
4.3m
8
1
15.9
20.5
右帮一组
7
26
90
4.6m
8
1
15.5
20.3
8
26
90
4.6m
8
1
15.5
20.3
9
26
90
4.6m
8
1
15.5
20.3
右帮二组
10
26
90
4.6m
8
1
15.5
20.3
11
26
90
4.6m
8
1
15.5
20.3
12
26
90
4.6m
8
1
15.5
20.3
图1
图2
图3
图4
三、实验
1、实验原理
根据瓦斯压力测定的方法来对钻孔内进行封孔观测,每组钻孔中间的钻孔实施抽放,通过观测周围钻孔压力的变化来判定,钻孔抽放的影响范围,进而确定钻孔的抽放半径。
应用速凝膨胀水泥封孔测定煤层瓦斯压力基本原理是:
水泥浆直接封孔,通过水泥膨胀渗入钻孔周边裂隙,杜绝瓦斯泄漏,从而使测出的瓦斯压力值等于真实的煤层瓦斯压力。
1)钻孔施工:
钻孔的开孔位置按前期设计的钻孔参数进行钻孔施工。
保证钻孔平直、孔形完整,穿透被测煤层。
在换钻头过程中,要求保持钻孔的中心点一致,并保持一致的钻孔倾角、方位角度。
钻孔打过煤层顶板约0.5m后停止打钻。
在钻孔施工中,应准确记录钻孔参数、钻孔见煤深度,煤层厚度,以及钻孔开孔时间、见煤时间及结束时间。
并按表2所示格式详细记录。
表2测压钻孔施工参数记录表
钻孔编号
钻孔参数
岩孔长度(m)
煤孔长度(m)
施工时间
倾角(°)
方位角(°)
孔长(m)
开孔
见煤
终孔
2)提高封孔质量是确保钻孔准确测定煤层瓦斯参数的重要因素。
为了提高封孔质量,可以采用机械注水泥砂浆封孔,同时增大封孔长度,以提高封孔的效果。
为确保封孔质量,注浆长度应不小于15m,水泥沙浆可配制成能输送的最大浓度。
在钻孔施工完成,将准备好的材料和设备输送到钻孔位置后就可以封孔,整个封孔过程需要3~5人协作完成,其中包括一名专业技术人员。
钻孔施工完成后立即封孔。
封孔示意图如图1所示。
图1测压封孔示意图
3)封孔前期准备
封孔前应有电工到场以保证在封孔期间不断电、掉电、电器设备完好及线路连接正常。
调整封孔泵的位置,尽量水平放置,保证其稳定性,放置在安全位置,不严重影响巷道行人。
接引水路,正常供水。
封孔材料准备完全。
封孔前应制定相关安全技术措施。
4)向钻孔送环形测压管
环形管在最前端,并在外层用铁丝扎紧包裹一层纱窗布,一定将测压管立放排水管在下、气管在上。
依次连接测压管,并用管钳上紧,逐步送入钻孔内。
在连接测压管过程中,管接头处要缠生料带以加强气密性。
在送入测压管的过程中,既要保证管路连接正常,又要注意安全,防止测压管沿钻孔掉下伤人、损坏设备等。
当全部管路送入钻孔后,要用钻杆或木条等支撑住孔口木塞,地面用木板垫实。
一方面是保证管路稳定,不下滑;另一方面是加强支护,保证注浆后的钻孔及管路稳定性。
支撑钻杆或木条要维持到水泥浆凝固后方可撤去,其间不要随意移动。
可以用聚氨脂代替木塞,每个孔用6~8支。
若同一地点有多个钻孔需要封孔,可以先将所有钻孔的测压管输送完毕后再注浆。
5)注浆
在搅拌桶中将足量水泥、“U”型膨胀剂、速凝剂与清水均匀混合,搅拌成糊状,“U”型膨胀剂的用量为水泥的10%左右,速凝剂的用量为水泥量的2~4%左右。
水泥、水膨胀剂、速凝剂的用量比值一般情况下为,水泥:
水:
膨胀剂=2:
1:
0.2。
水泥浆的粘度根据钻孔倾角、封孔长度、注浆泵类型及能力等具体情况和现场经验而定。
水泥浆的注入量大概在50Kg/10m钻孔左右。
用泥浆泵一次连续将水泥浆注入钻孔内。
当估计到注入的水泥浆快达到筛孔管位置时,应由技术人员或资深熟练工人观察测压管口是否有清水回流现象,这个现象被称为回浆或反浆。
如果回浆成功则立即停止封孔泵的电源,本孔注浆完毕。
完全关闭注浆管球阀,拆卸高压注浆管。
钻孔封完后要及时清洗,防止水泥浆在泵及高压输浆管中凝固或沉淀。
2、全部施工完毕后,将2#、5#、8#、11#钻孔连入抽放管路进行抽放。
其中2#、5#抽采负压通过调节控制阀门将负压调节至15kpa;8#、11#钻孔抽采负压通过调节控制阀门将负压调节至20kpa。
并记录抽放开始时间。
3、瓦斯压力及瓦斯浓度变化观测方法
1)测压管理
①必须设专人负责瓦斯压力的测定工作。
②在瓦斯压力测定过程中,应作好各种参数及施工情况的记录。
③被动测压法应每天观测一次。
④在观测中发现瓦斯压力值变化较大,则应增加观测次数。
⑤每天通过液位观察管观察放水器内的水量,保证水量不超过容器的1/4。
2)瓦斯压力观测时间
观测记录时间为50天。
3)瓦斯压力及瓦斯浓度的确定
将观测结果绘制在以时间(d)为横坐标,瓦斯压力(MPa)为纵坐标的坐标图上,当测压时间达到50天时,如压力变化小于0.005MPa/d,瓦斯浓度变化小于1%/d,测试工作即可结束;否则,应延长时间。
表3瓦斯压力及抽采负压变化记录格式表
矿井名称赵官能源煤层名称煤层厚度
时间
表压力(Mpa)
抽采负压(kpa)
1#
3#
4#
6#
7#
9#
10#
8#
12#
2#
5#
8#
11#
备注
表4瓦斯浓度变化记录格式表
矿井名称赵官能源煤层名称煤层厚度
时间
瓦斯浓度(%)
抽采瓦斯浓度(%)
1#
3#
4#
6#
7#
9#
10#
8#
12#
2#
5#
8#
11#
备注
4、抽放半径的确定方法
根据瓦斯压力、钻孔内瓦斯浓度的变化情况分别绘制每一个钻孔的变化曲线。
钻孔压力测定值成为0或者负压状态且钻孔内瓦斯浓度与相邻钻孔内抽放浓度相同的钻孔,为抽采影响范围内的钻孔。
受影响的钻孔与抽放钻孔的最大距离则为钻孔的抽放半径。
5、瓦斯抽放时间的确定
分析抽采半径内的钻孔压力及浓度的变化曲线,确定瓦斯抽放的合理时间段。
附件:
抽采半径实验数据表
矿井名称赵官能源煤层名称煤层厚度
时间
表压力(Mpa)
抽采负压(kpa)
1#
3#
4#
6#
7#
9#
10#
8#
12#
2#
5#
8#
11#
备注
瓦斯浓度变化记录表
矿井名称赵官能源煤层名称煤层厚度
时间
瓦斯浓度(%)
抽采瓦斯浓度(%)
1#
3#
4#
6#
7#
9#
10#
8#
12#
2#
5#
8#
11#
备注