高壓水射流擴孔技術(shù)在丁集煤礦的瓦斯抽放效果分析

之前我們進行了《丁集煤礦高壓水射流擴孔試驗》，其高壓水射流擴孔施工工藝為，首先在鉆場施工Φ75 mm或Φ89 mm的小孔徑普通鉆孔，穿透全煤層后撤鉆，將高壓水射流裝置送入鉆孔煤層位置進行高壓水射流擴孔切割，高壓水會在高速旋轉(zhuǎn)中將媒體逐層切割下來，煤屑通過排渣噴嘴從鉆孔內(nèi)排出，幾乎沒有煤屑排出時即可停止擴孔。以下我們主要介紹高壓水射流擴孔技術(shù)在丁集煤礦的瓦斯抽放效果。

一、瓦斯含量壓力及透氣性系數(shù)測定

各鉆孔在施工時進入煤層后我們?nèi)∶簶油ㄟ^現(xiàn)場解吸、回歸計算、實驗室解吸測得其解吸量、損失量、殘存量，從而得到煤樣的原始瓦斯含量。測定結(jié)果見下表。
 

各鉆孔煤樣瓦斯含量測定結(jié)果
鉆孔號	煤樣質(zhì)量/g		解吸量/m³•(t•r)－1	損失量/m³•(t•r)－1	殘存量/m³•(t•r)－1	瓦斯含量
	原煤	可燃質(zhì)				/m³•(t•r)－1	/m³•t－1
1#	198.00	165.14	3.04	1.28	6.81	11.12	9.28
2#	188.00	156.26	2.68	1.56	7.24	11.48	9.54
3#	192.00	160.23	3.00	1.21	7.06	11.67	9.41
4#	190.00	159.76	2.98	0.99	7.01	10.98	9.23

從上表可以看出，在考察研究之前測定的實驗區(qū)各鉆孔內(nèi)11－2煤層瓦斯含量基本相等。表明實驗區(qū)11－2煤層瓦斯含量分布均勻。

3#、4#鉆孔擴孔后將4個鉆孔均并列插入20m長和2m長2根Φ159mm鍍鋅鐵管，分別作為測壓管和注漿管，用快干水泥、木楔將2根鍍鋅管密實固定在鉆孔孔口位置，通過注漿管向鉆孔內(nèi)注水泥漿，直到水泥漿從測壓管管口流出后，即停止注漿。等48小時水泥硬化后，在測壓管外口處接入壓力表，進行被動測壓。經(jīng)過21天的測壓周期，我們發(fā)現(xiàn)各鉆孔瓦斯壓力穩(wěn)定不再上升，最終測得1#、2#鉆孔瓦斯壓力為0.9 MPa，3#鉆孔瓦斯壓力為0.8 MPa，4#鉆孔瓦斯壓力為0.85 MPa。據(jù)此可以判斷，試驗區(qū)域11－2煤層瓦斯壓力分布基本均勻。

壓力穩(wěn)定后將壓力表拆下，利用ZLD－2多級流量計連續(xù)9天測定各鉆孔瓦斯流量，并計算得到各鉆孔處煤層的透氣性系數(shù)，1#、2#、3#、4#鉆孔所測得結(jié)果分別為0.301、0.397、2.055、1.961 m²/(MPa²•d)。

高壓水射流擴孔前11－2煤層平均透氣性系數(shù)為0.349 m²/(MPa²•d)；擴孔后11－2煤層平均透氣性系數(shù)為2.008 m²/(MPa²•d)。擴孔后是擴孔前的5.75倍。這表明高壓水射流擴孔可有效提高煤層透氣性。

二、抽放效果檢測

流量測定結(jié)束后，1#、2# 鉆孔為第一組，3#、4# 鉆孔為第二組分別通過高壓膠管接入抽放管路進行抽放。
 
在2組抽放鉆孔接入抽放管路的位置各留測量孔接入溫度傳感器、流量傳感器、負(fù)壓傳感器、甲烷濃度傳感器連續(xù)15天監(jiān)測抽放參數(shù)，由監(jiān)測結(jié)果可以看到，第二組鉆孔抽放瓦斯?jié)舛容^第一組稍高，平均流量第二組是第一組的3.5倍，15天累計抽放標(biāo)態(tài)下第二組瓦斯?jié)舛仁堑谝唤M鉆孔的4.1倍。

三、殘余瓦斯壓力測定及殘余瓦斯含量計算

抽放15天后，將抽放高壓膠管拆下，重新在4個鉆孔的測壓管外口安裝壓力表，測定抽放15天后的殘余瓦斯壓力。

經(jīng)過15天抽放后，1#、2#鉆孔殘余瓦斯壓力均為0.8 MPa，較抽放前均下降了0.1 MPa；3# 鉆孔殘余瓦斯壓力0.5 MPa，4 #鉆孔殘余瓦斯壓力0.55 MPa，較抽放前均下降了0.3 MPa，且均低于了0.74 MPa。顯然，抽放鉆孔經(jīng)高壓水射流擴孔后抽放效果明顯提高。

根據(jù)11－2煤層吸附曲線，由各鉆孔瓦斯壓力值計算煤層瓦斯含量，1#、2#鉆孔處煤樣殘余瓦斯含量為8.92 m³/t，依然大于8 m³/t。3#鉆孔處煤樣殘余瓦斯含量為6.83 m³/t，4#鉆孔煤樣殘余瓦斯含量為7.24 m³/t，均低于8 m³/t。

據(jù)以上分析，我們可以看出在同樣的基礎(chǔ)條件下，經(jīng)高壓水射流擴孔的鉆孔在抽放15天后，使其影響范圍內(nèi)的瓦斯壓力、瓦斯含量均降低到突出指標(biāo)以下。這說明高壓水射流對于提高鉆孔的瓦斯抽放效率、增加煤層的透氣性、降低瓦斯壓力和含量具有非常好的效果。