基于水力冲孔的回采工作面快速卸压消突技术研究
0 引言
在今后的一段时间内,我国的能源需求的增长量仍要以煤炭增产为主。而随着煤炭开采强度的增大,开采深度的急剧增加,煤与瓦斯的突出问题日益严重,所以在煤炭开采中,必须采取行之有效的技术措施来降低煤层突出危险[1-5]。
国内外学者对水力冲孔在工作面快速卸压消突技术进行了大量的研究,白国基等[6]研究了水力冲孔消突效果及其主要影响因素分析,研究得出在突出煤层中采用水力冲孔措施,可以较好地提高煤体强度和透气性,有效消除或降低煤体的弹性潜能和瓦斯潜能等突出潜能,减少和消除煤层的突出危险性;刘明举等[7]对水力冲孔快速消突技术进行了研究,在强突出煤层实施水力冲孔技术措施后,煤的弹性潜能得到释放,瓦斯压力梯度降低,有效消除了激发突出的应力,煤层的透气性增强;李春亭等[8]对穿层水力冲孔卸压增透效果进行了研究,考察了水力冲孔前后抽采影响半径、煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采瓦斯浓度和瓦斯流量的变化。
HPV的E6、E7区基因编码的病毒蛋白为重要的致癌因子,某些特定基因变异与宫颈疾病进展相关[7-8]。Chen等[9]通过对感染HPV18的453例宫颈癌病例和236例对照的分析研究,未能发现HPV18变异谱系分布上有显著差异,也未找到HPV18的各变异谱系在宫颈腺癌和宫颈鳞癌病例分布中有显著差异的相关证据。Pérez等[10]提出西班牙宫颈病变病例中,感染HPV18 B系变异株较A系有较高可能性进展为CINⅢ。本次研究得到病毒株属于HPV18谱系A的A1亚系,目前尚无研究说明HPV18的A系毒株变异与宫颈疾病相关。
1 工作面概况
1.1 矿井瓦斯抽采参数
车集煤矿二2煤层钻孔瓦斯流量衰减系数为0.042 6~0.365 3 d-1,属于可以抽采—较难抽采煤层。二2煤层透气性系数为0.2103~2.0109m2/(MPa2·d),属于可以抽采煤层,百米钻孔瓦斯流量0.015 m3/(min·hm)。根据有关技术报告,矿井二2煤抽采时间为157 d时,有效影响半径为3.0 m;抽采时间为103~125 d时,有效影响半径为2.5 m;抽采时间为60~85 d时,有效影响半径为2 m。
1.2 瓦斯基础参数情况
27采区二2煤层坚固性系数f为0.18~0.93,标高-510~-800 m,瓦斯抽采钻孔抽放半径3 m(155 d),瓦斯放散初速度ΔP为4~31,瓦斯压力实测为0.27~1.25 MPa,瓦斯含量为1.6~17.6 m3/t,煤的破坏类型为Ⅲ—Ⅴ类,最大瓦斯吸附量a值为23.8~35.0 m3/t,吸附常数b值为0.5~1.4 MPa-1。27采区的最大绝对瓦斯涌出量为16.18 m3/min,其中绝对瓦斯涌出量最大的工作面为2705工作面,达到11.23 m3/min,相对瓦斯涌出量为10.05 m3/t;掘进工作面绝对瓦斯涌出量最大的工作面为2713运输巷,达到1.05 m3/min,27采区瓦斯情况见表1。
表1 27采区瓦斯情况Tab.1 27 mining area gas situation
![width=357,height=146,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/32ee858393cd79c3edbb181ad0148110.png)
指标参数瓦斯含量1.6~17.6 m3/t瓦斯压力0.27~1.25 MPa放散初速度4~31煤的破坏类型Ⅲ—Ⅴ抽采半径3 m标高-510~-800 m指标参数吸附常数a23.8~35.0 m3/t吸附常数b0.5~1.4 MPa-1坚固性系数0.18~0.93采面绝对涌出量11.23 m3/min采面相对涌出量10.05 m3/t掘进面绝对涌出量1.05 m3/min
1.3 煤层自燃倾向性及爆炸性
看到这样尴尬的处境后,楚艳便主动担起了让传统之美重新绽放光彩的重担。读研究生时,她师从著名设计师李克瑜,“老师经常耳提面命,要从中国传统文化中寻找灵感,去学习积淀,把传统文化中最美的精髓用现代审美做创新,让更多人感受中国文化的美!”毕业时,楚艳提交的《东方风格服饰设计再创造》硕士论文,也是如今她主推新中式服装的源头。
以前我从没跟男生睡过同一间房,但现在我没有别的选择,如果不想睡走道,就必须睡这里。其他人都换上了无畏派给我们准备的衣服,而我穿着无私派的衣服睡觉,我爱这衣服上的肥皂味和新鲜空气味,闻着有家的味道。
表2 二2煤层燃点测试成果Tab.2 Main coal ignition test results
![width=375,height=105,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/7a2666a83d22eb385a9b13b3a173e490.png)
煤质牌号燃点/℃原样氧化样还原样ΔY/℃结论TR394~437414.5(4)392~433411.5(4)410~446426.75(4)5~2515.25(4)不自燃WY357~411401.31(13)374~409399.69(13)376~416408.23(13)2~188.54(13)不自燃
在见煤点间距中间水力冲孔钻孔5,9 m处布置2个测压钻孔P1、P2,测定钻孔预抽煤层后的残余瓦斯压力,水力冲孔期间观测瓦斯压力变化,作为确定水力冲孔影响半径的依据。
表3 二2煤层煤尘爆炸性试验结果Tab.3 Coal seam dust explosion test results
![width=375,height=70,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/fd1f2c491e777dd6a1e4c40245c1bfdb.png)
煤质牌号实测点数爆炸性试验火焰长度/mm抑制煤尘爆炸最低岩粉量/%结论可燃基Vr/%WY12无火60无8.40WY2无火60无7.21
2 水力冲孔快速卸压消突技术
2.1 试验方案
试验钻孔施工情况见表4。
2.2 水力冲孔钻孔布置
2713底板抽放巷穿层钻孔预抽回采区域钻孔,从2015年10月开始施工。2713回风巷底板抽放巷初期穿层钻孔平均按“3×7”布置,即组与组间距3 m,每组布置11个钻孔,钻孔终孔间距4.5~9.0 m,覆盖回采区域约68.9 m。
流量准数和时间准数的计算公式为:
根据通风队瓦斯检查工每天对施工结束后的2713回风巷底抽巷5号—11号和16号—22号钻孔的瓦斯浓度测量数据,并结合水力冲孔钻孔与预抽钻孔位置关系分析,钻孔单孔瓦斯浓度变化情况如图3所示。
![width=238,height=247,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/4ac761c732f2944b1f70b6d630ff579e.png)
图1 2713回风巷底板抽放巷试验钻孔布置Fig.1 Testing borehole layout of floor drainage roadway in 2713 return airway
2.3 水力冲孔影响半径考察
(2)煤尘爆炸性[11-12]。车集煤矿以无烟煤为主,可燃基挥发分小于10%,贫煤点很少且不成片,又多分布在浅部,贫煤煤尘有爆炸性危险,无烟煤煤尘一般无爆炸危险性。各煤层煤尘爆炸试验结果见表3。
2.4 水力冲孔后瓦斯抽采效果考察
测定水力冲孔前后5号—11号钻孔、16号—22号钻孔及C40号、C41号钻孔抽采的瓦斯纯量与浓度,依此判断水力冲孔卸压增透效果。
2.5 煤层透气性的变化研究
受煤体不均匀性以及煤层倾角的影响,水力冲孔影响半径可以视为一个椭圆形,如图2所示。在影响范围内距水力冲孔钻孔距离远近不同相应的透气性也有所不同。假定水力冲孔不会导致周围抽采钻孔漏气,考察5号—11号钻孔、16号—22号钻孔及C40号、C41号钻孔抽采的瓦斯浓度变化,即可反映抽采纯量的变化,并依次反演钻孔周围煤体透气性变化分布。
![width=222,height=267,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/752e2c40b115216c64af1ebfb28b1439.png)
图2 水力冲孔影响范围Fig.2 Affected area of hydraulic punching
首先对中间钻孔进行水力冲孔,此时考察的是单孔冲孔条件下的煤体透气性的变化;然后对边缘钻孔实施水力冲孔,此时8号、9号、19号、20号钻孔的瓦斯浓度变化即反映两孔冲孔相互作用下的煤体透气性变化。
煤体透气性可按式(1)—式(3)计算:
![width=55,height=20,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/f286d2b0a62ca1e0109a4472fe557afd.png)
(1)
式中,QN为流量准数;TN为时间准数;a、b为常数。
(2)运用好教学活动设计方案。合作型学习小组中每位学生轮流担任小组长。让学生经过亲自尝试,体验承担、分工、策划和完成过程,随着参与程度的提高,自身潜能得到发挥。为了本组能够取得较好成绩,小组学生主动帮助学习困难的同学共同进步。
![width=99,height=40,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/7c0ba42c5e53b4e2dfc0b1cde101da18.png)
(2)
![width=76,height=44,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/5d186fe8a4a6ef499b0672d6d21fa198.png)
(3)
式中,TN为煤抽采瓦斯时间为t时的比流量;QN为在时间t时刻的钻孔瓦斯流量;L为流场长度,一般等于煤层厚度;λ为煤层透气性系数;p0为煤层残余瓦斯压力;p1为钻孔抽采瓦斯压力;t为抽采瓦斯时间;α为煤层瓦斯含量系数; r1为钻孔半径。
3 水力冲孔效果考察
3.1 水力冲孔影响半径考察
2713工作面为车集煤矿第一个施工底板抽放巷的工作面,为确保煤巷掘进安全高效和该面的顺利投产,对掩护煤矿掘进和回采的区域预抽钻孔均实施水力冲孔强化抽采。为掌握水力冲孔增透措施的效果,特制定效果考察方案[13-15]:①水力冲孔影响半径以及冲孔后钻孔预抽效果;②水力冲孔后煤体透气性变化。此方案主要考察水力冲孔对煤体性质的改变以及瓦斯抽采流量的变化,进行水力冲孔卸压增透效果研究,评价卸压增透后的消突效果,形成系统的水力冲孔卸压增透强化抽采瓦斯消突技术成果。研究结果具有一定的普遍性和适应性,为27采区低透气性高瓦斯突出煤层的高效安全瓦斯治理和安全生产提供技术支持。
(1)自燃倾向性[9-10]。煤的燃点与煤的变质程度有关。一般变质程度低的煤,其燃点也低,变质程度高的煤其燃点也高,车集各煤层均已达到高变质阶段,因而各煤层的燃点都普遍较高,各主要煤层燃点测试成果见表2。各煤层还原样燃点和氧化样的燃点之差ΔY最大为29 ℃,一般均小于20 ℃,按煤的自然等级分类,车集井田各煤层一般均为Ⅲ类不易自燃煤层。
表4 试验钻孔施工情况Tab.4 Test drilling construction
![width=357,height=105,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/4bb36a3411538ac7726e007e7ec492bb.png)
施工日期孔号夹角/(°)倾角/(°)孔深/m见煤岩/m瓦斯压力/MPa冲孔日期20151228P1270402016~190/20151228P2270292419~230.4/20160123C40270551612~15/2016012420160124C41270213221~31/20160125
为细致掌握水力冲孔增透措施的效果,确定该矿水力冲孔影响半径以及冲孔后钻孔预抽效果,特在2713回风巷底抽巷里段施工取样测压和水力冲孔钻孔,具体方案[16-19]:①2713回风巷底抽巷里段施工回采区域钻孔的钻机先挪移至SD23A点外41.4 m位置施工2个取样测压钻孔(P1号和P2号钻孔),待测压钻孔施工结束后方可挪移至原位置施工钻孔。②在测压钻孔封孔注浆结束后,通风队负责观测2个测压钻孔的压力变化情况,并每天上信息向防突科汇报。③2713回风巷底抽巷里段设计的取样测压钻孔先进行施工。④抽放队按照原位置向车场方向施工,施工至12号钻孔时,先将1号—22号钻孔施工完毕后,再施工2个水力冲孔钻孔(C40号和C41号钻孔),并进行水力冲孔作业,并详细记录水力冲孔冲出煤量、冲孔期间的测压钻孔的压力变化。⑤抽放队将5号—11号钻孔、16号—22号钻孔并两组连接,并每7 d测一次单(组)钻孔流量、浓度,并及时向防突科汇报,2713回风巷底板抽放巷试验钻孔布置如图1所示。
“你懂啥,你不记得你七岁那年被河里的淹水鬼缠了身,丢了魂,还不是娘给你喊回来的;还有你十二岁的时候,被隔壁湾的大狼狗吓没了魂儿,也像这样失眠,娘给你喊了两晚上哩……这次怕是受惊吓得厉害,我还得多喊几天。”
![width=351,height=181,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/aa91de0c69d444305bf797a1829e5994.png)
图3 钻孔单孔瓦斯浓度变化情况Fig.3 Gas concentration′s change of single borehole
冲孔钻孔瓦斯浓度及纯流量变化情况如图4所示,水力冲孔钻孔观测数据见表5。
![width=239,height=302,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/975e8901ec94c25c05c2160b33dca0ea.png)
图4 冲孔钻孔瓦斯浓度及纯流量变化情况Fig.4 Changes of gas concentration and pure flow in punching drilling
表5 水力冲孔钻孔观测数据Tab.5 Hydraulic punching drilling observation data
![width=346,height=155,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/5ed7c5a31b7f945b1a2ccfec65d04395.png)
3.2 水力冲孔钻孔与未冲孔钻孔数据分析
钻孔预抽后的瓦斯浓度和纯流量变化情况如图5所示。
![width=346,height=380,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/05/ac135f88fe87282ab625271cf61fe72a.png)
图5 钻孔预抽后的瓦斯浓度和纯流量变化情况Fig.5 Borehole pre-pumping gas concentration and pure flow changes
通过对水力冲孔钻孔和未冲孔钻孔的瓦斯浓度和纯流量进行分析,得出:
(1)水力冲孔钻孔的瓦斯浓度较未冲孔钻孔的瓦斯浓度大,且衰减的速度较未钻孔钻孔的衰减速度慢。
(2)水力冲孔钻孔的纯流量较未冲孔钻孔的纯流量大,且预抽效果较未冲孔钻孔提高10倍左右。
(3)通过对理想条件下各瓦斯含量的瓦斯抽放时间和水力冲孔钻孔纯流量分析,瓦斯含量较大的区域,抽放时间至少能够减少一半时间。
跨接线缆长度计算的基本原则是:线缆中心轴线与金属接头中心线相切,线缆固定点间的相对距离最近时,将线缆达到最小弯曲半径作为计算条件,并以线缆弯曲最低点不超过最小安全距轨高度作为限制条件;线缆固定点间的相对距离最远时,线缆不因过短而产生拉伸受力。在车辆由直线进入曲线的过程中,跨接线缆固定点间的最小距离为179 mm。图4为跨接线缆弯曲模拟计算图。由图4 a)可知,跨接线缆长度可近似由3段弧长加2段直线段组成。经计算,工况1下的线缆长度为1 051 mm,线缆固定点间最远端的最大距离1 047 mm,该长度小于1 051 mm,由此可知跨接线缆长度满足该工况的要求。
10年后,范冰冰自组工作室,投资推出的第一部电视剧《胭脂便力邀刘雪华主演,她坦言:“我想要报恩。”刘雪华在《胭脂雪》饰演玉禾的婆婆辜李氏,与范冰冰为对手戏,但百度词条关于她的这段演艺经历却是空白:只提到2006年的《春天后母心》,以及2011 嬛年的《宫锁心玉》、《甄传》。这部范冰冰首次担当制片人,同时饰演女主角的《胭脂雪》,仿佛从未出现在刘雪华的经历中。也有说法称,范冰冰被王京花捧红了,但前提依旧离不开《还珠格格》,自然也就离不开刘雪华的“举手之劳”。范冰冰因金锁一角被观众熟知后签入华谊,接手她经纪工作的人正是王京花。
(4)水力冲孔钻孔施工结束后40 d内会呈现一个平稳状态,产生的水力冲孔极限效果已经消失。
4 效益评价
车集煤矿2713底板抽放巷从2015年12月25日开始施工,2015年12月29日开始对测压钻孔观测瓦斯压力数据,2016年1月25日水力冲孔钻孔施工结束,对水力冲孔钻孔、测压钻孔、受影响范围内的钻孔的相关数据进行观测、分析、总结,得出:2713底板抽放巷水力冲孔影响半径在7 d后可以达到4.9 m,在10 d后可以达到5.7 m,在17 d后可以达标8.9 m,随后趋于稳定,抽放时间能够节约一半时间;在40 d内水力冲孔效果达到极限;煤层透气性增加了约11.4倍。
5 结语
通过对车集煤矿2713底板抽放巷水力冲孔钻孔、测压钻孔、受影响范围内的钻孔的相关数据进行观测、分析、总结,研究得出水力冲孔卸压增透效果明显,能够实现工作面的快速消突的目的,且该结果具有一定的普遍性和适应性,为27采区低透气性高瓦斯突出煤层的高效安全瓦斯治理和安全生产提供技术支持。
参考文献(References):
[1] 殷庆超.豫西构造软煤穿层水力冲孔消突效果研究[D].焦作:河南理工大学,2015.
[2] 李波.义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D].焦作:河南理工大学,2010.
[3] 李古.低透气性高瓦斯煤层水力冲孔增透技术研究[D].合肥:安徽建筑大学,2013.
[4] 郭献林.新安煤田水力冲孔消突效果研究[D].焦作:河南理工大学,2011.
[5] 赵文武.淮南矿区典型煤层水力冲孔技术参数研究及消突效果考察[D].焦作:河南理工大学,2010.
[6] 白国基,张纯如,蒋旭刚,等.水力冲孔消突效果及其主要影响因素分析[J].河南理工大学学报(自然科学版),2010,29(4):440-443.
Bai Guoji,Zhang Chunru,Jiang Xugang,et al.Effect of hydraulic punching and eliminating consequences and its main influencing factors[J].Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science),2010,29(4):440-443.
[7] 刘明举,赵文武,刘彦伟,等.水力冲孔快速消突技术的研究与应用[J].煤炭科学技术,2010,38(3):58-61.
Liu Mingju,Zhao Wenwu,Liu Yanwei,et al.Research and application of quick hydraulic burst elimination technology[J].Coal Science and Technology,2010,38(3):58-61.
[8] 李春亭,王佰顺,邵磊.穿层水力冲孔卸压增透效果的研究[J].煤炭技术,2014,33(4):62-64.
Li Chunting,Wang Baishun,Shao Lei.Research on pressure relief and permeability enhancement by piercing with hydraulic piercing[J].Coal Technology,2014,33(4):62-64.
[9] 李波,张路路,孙东辉,等.水力冲孔措施研究进展及存在问题分析[J].河南理工大学学报(自然科学版),2016,35(1):16-22.
Li Bo,Zhang Lulu,Sun Donghui,et al.Research progress in force punching measures and existing problems[J].Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science),2016,35(1):16-22.
[10]刘英振,魏建平,刘彦伟.水力冲孔消突措施试验研究[J].煤炭科学技术,2011,39(3):67-70.
Liu Yingzhen,Wei Jianping,Liu Yanwei.Experimental research on hydraulic punching and eliminating[J].Coal Science and Technology,2011,39(3):67-70.
[11] 李鹏.水力冲孔增透瓦斯抽采技术研究[J].煤炭技术,2015,34(5):142-144.
Li Peng.Study on gas permeable gas through gas drainage[J].Coal Technology,2015,34(5):142-144.
[12]杨书彬,王兆丰,许彦鹏.综采工作面浅孔瓦斯抽放消突技术应用研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2009,28(1):8-13.
Yang Shubin,Wang Zhaofeng,Xu Yanpeng.Application research on gas outburst in fully-mechanized face with shallow hole gas drainage[J].Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science),2009,28(1):8-13.
[13] 刘明举,郭献林,李波,等.底板巷穿层钻孔水力冲孔防突技术[J].煤炭科学技术,2011,39(2):33-35.
Liu Mingju,Guo Xianlin,Li Bo,et al.Hydraulic piercing and anti-bursting technology of floor through-hole drilling[J].Coal Science and Technology,2011,39(2):33-35.
[14]辛程鹏,刘义磊.水力冲孔在低透性煤层的理论与试验研究[J].煤炭技术,2015,34(7):175-177.
Xin Chengpeng,Liu Yilei.Theoretical and experimental study of hydraulic punching in low permeability coal seam[J].Coal Technology,2015,34(7):175-177.
[15]王稳飞.水力冲孔卸压增透区域消突技术应用[J].中州煤炭,2016(3):5-7.
Wang Wenfei.Application of area outburst elimination through hydraulic flushing technology leading to stress releasing and air permeability increasing[J].Zhongzhou Coal,2016(3):5-7.
[16]魏建平,李波,刘明举,等.水力冲孔消突有效影响半径测定及钻孔参数优化[J].煤炭科学技术,2010,38(5):39-42.
Wei Jianping,Li Bo,Liu Mingju,et al.Determination of effective effective radius of hydraulic impacting and optimization of drilling parameters by hydraulic punching[J].Coal Science and Technology,2010,38(5):39-42.
[17]许彦鹏,和林朋,王梦乐.登封矿区低透气性松软煤层水力冲孔措施研究[J].煤炭技术,2016,35(7):147-150.
Xu Yanpeng,He Linpeng,Wang Mengle.Research on hydraulic punching measures of low permeability and soft coal seam in dengfeng mining area[J].Coal Technology,2016,35(7):147-150.
[18]杨宏民,冉永进,夏会辉.突出煤层回采工作面综合消突技术实践[J].煤炭科学技术,2012,40(8):47-50.
Yang Hongmin,Ran Yongjin,Xia Huihui.Outburst seam comprehensive blasting technology practice in outburst seam face[J].Coal Science and Technology,2012,40(8):47-50.
[19]杨佳鑫,何明财.综采工作面长短钻孔配合抽采卸压快速消突[J].山东煤炭科技,2012(6):155-156.
Yang Jiaxin,He Mingcai.fully-mechanized coal mining face with the length of short-cut relief pressure relief suddenly[J].Shandong Coal Science and Technology,2012(6):155-156.