畢成業(yè)
摘要:紅陽(yáng)二礦南翼三采區(qū)12煤有突出危險(xiǎn),針對(duì)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(shù)。通過(guò)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(hào)轉(zhuǎn)換成超聲機(jī)械振動(dòng)。使煤層受到震動(dòng),產(chǎn)生微裂縫提高煤層透氣性。
關(guān)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(jī)理是利用大功率超聲波發(fā)射機(jī)將電功率轉(zhuǎn)化成為高頻電信號(hào),通過(guò)超聲波傳輸電纜,將電信號(hào)傳輸?shù)矫簩酉鄳?yīng)位置的換能器上轉(zhuǎn)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(dòng)作用、空化作用和熱作用,局部形成高溫、高壓,促進(jìn)氧化-還原反應(yīng),高分子物質(zhì)解聚,使膠質(zhì)的瀝青質(zhì)分子、蠟分子產(chǎn)生斷裂等化學(xué)效應(yīng),通過(guò)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(dòng)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(kāi)采。
二、超聲波增透試驗(yàn)地點(diǎn)簡(jiǎn)介
本次超聲波增透試驗(yàn)地點(diǎn)為南三-780底板巷,該底板巷已施工穿層預(yù)抽鉆孔1935個(gè),鉆孔布孔方式5m×5m,預(yù)抽時(shí)間已達(dá)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(duì)該預(yù)抽區(qū)域進(jìn)行了區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn),共布置24個(gè)效果檢驗(yàn)測(cè)定鉆孔,實(shí)測(cè)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(gè)別測(cè)點(diǎn)仍存在超標(biāo)現(xiàn)象,尚未完全實(shí)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(jìn)一步提高抽采效果,實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)。所以選擇引進(jìn)超聲波增透技術(shù)。
三、超聲波增透方案與設(shè)計(jì)
超聲波增透鉆孔在-780底板巷第12組與第4號(hào)鉆場(chǎng)穿層鉆孔之間施工,鉆孔要求穿過(guò)12煤層進(jìn)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(jī)將超聲波增透設(shè)備(換能器、電纜)通過(guò)鉆桿逐根連接送至預(yù)增透段(12煤層),煤層平均厚度為4米左右,鉆孔穿煤段斜長(zhǎng)為7米。采用后退方式,每1米對(duì)煤層進(jìn)行超聲波增透1小時(shí)。
由于超聲波增透期間需要水為介質(zhì)傳播超聲波,增透鉆孔內(nèi)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(nèi)供水,并保持孔內(nèi)水壓不低于 1MPa。孔口用Φ108mm鐵管封孔??卓谕鈧?cè)Φ108mm鐵管內(nèi)用橡膠圈等材料封堵嚴(yán)密,防止漏水。超聲波增透設(shè)備連接圖如圖3所示。
四、超聲波增透過(guò)程
2019年8月3日乙班,超聲波增透相關(guān)人員到達(dá)作業(yè)地點(diǎn)后,施工人員用鉆機(jī)配合將換能器及電纜送入孔內(nèi)預(yù)定位置、連接電纜及其他設(shè)備,測(cè)量超聲波增透鉆孔兩側(cè)10m范圍內(nèi)抽采孔的單孔瓦斯抽采濃度和主管路瓦斯抽采參數(shù)。準(zhǔn)備工作結(jié)束后,于13:19開(kāi)始啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行超聲波振動(dòng)增透,每增透1小時(shí)后停止設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn),打鉆人員操作鉆機(jī)退鉆1米再次進(jìn)行增透。共計(jì)進(jìn)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(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)一切正常。
五、超聲波增透試驗(yàn)效果考察
為了考察分析超聲波增透效果,在增透前后,對(duì)-780底板巷主管路抽放參數(shù)及超聲波增透鉆孔兩側(cè)抽采孔單孔瓦斯抽采濃度進(jìn)行了測(cè)量。
六、結(jié)論
1.超聲波增透結(jié)束后,立即測(cè)量增透試驗(yàn)鉆孔兩側(cè)20米范圍內(nèi)抽采孔的單孔瓦斯抽采濃度。通過(guò)測(cè)量結(jié)果可以確定超聲波增透技術(shù)對(duì)煤層有增透效果。本次超聲波設(shè)備和技術(shù)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(nèi))。
2.根據(jù)超聲波增透前后瓦斯抽采參數(shù)測(cè)量結(jié)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(guò)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(shí)后基本恢復(fù)到未增透前狀態(tài),還需對(duì)超聲波設(shè)備和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。
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