陳 勇

(1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.國(guó)家煤礦安全技術(shù)工程研究中心，重慶 400037)

管路積水對(duì)瓦斯抽采效果影響的試驗(yàn)研究及防治對(duì)策

陳 勇1，2

(1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.國(guó)家煤礦安全技術(shù)工程研究中心，重慶 400037)

管路積水是影響瓦斯抽采的關(guān)鍵因素，為有效考察管路積水對(duì)瓦斯抽采效果的影響，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)合理論分析的方法開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)管路積水防治對(duì)策進(jìn)行分析和探討。試驗(yàn)結(jié)果表明：考察期內(nèi)試驗(yàn)鉆孔放水前后30d內(nèi)瓦斯抽采濃度由平均8.10%～16%提高至18.17%～21.93%，提高1.37～2.24倍；瓦斯抽采流量由平均0.0036～0.0074m3/min提高至0.0080～0.0103m3/min，提高1.39～2.22倍；積水處理后能較大程度上提高瓦斯抽采效果，延長(zhǎng)鉆孔有效抽采時(shí)間。結(jié)合前期試驗(yàn)針對(duì)性地開(kāi)展了優(yōu)化抽采設(shè)計(jì)、系統(tǒng)敷設(shè)管網(wǎng)、安裝附屬設(shè)施、強(qiáng)化抽采管理等防治對(duì)策。

管路積水；瓦斯抽采；防治對(duì)策

Experimental Study and Prevention of Pipeline Water to Gas Drainage Effect

煤層瓦斯抽采期間煤巖層中的水通過(guò)裂隙通道進(jìn)入抽采管網(wǎng)系統(tǒng)或者在抽采負(fù)壓作用下轉(zhuǎn)換成氣態(tài)進(jìn)入抽采管網(wǎng)系統(tǒng)后因溫度變化由氣態(tài)轉(zhuǎn)變形成液態(tài)；管網(wǎng)中的水在自重和負(fù)壓作用下沿管道聚集在管網(wǎng)低洼處[1-2]。抽采管網(wǎng)內(nèi)的積水若不及時(shí)清理會(huì)對(duì)瓦斯抽采產(chǎn)生多方面的不利影響，主要表現(xiàn)為減少管道內(nèi)氣流的有效斷面、增大抽采負(fù)壓損耗甚至出現(xiàn)抽采負(fù)壓做無(wú)用功、導(dǎo)致管道內(nèi)煤渣及顆粒物的積聚而阻塞管路等，這些不利因素直接導(dǎo)致抽采負(fù)壓降低、抽采量減少，從而影響抽采系統(tǒng)能力的發(fā)揮。

1 試驗(yàn)背景

礦井瓦斯抽采工程實(shí)踐中，受管路積水影響導(dǎo)致瓦斯抽采濃度降低、瓦斯抽采量減少、抽采達(dá)標(biāo)和消突時(shí)間延長(zhǎng)、抽采負(fù)壓損失等，這些都是普遍的認(rèn)識(shí)，工程實(shí)踐的積累也采取了很多技術(shù)和管理創(chuàng)新的針對(duì)性措施[6-8]。但對(duì)于管路積水對(duì)抽采效果的影響程度到底如何，暫未形成明確的技術(shù)體系，相關(guān)的基礎(chǔ)資料和技術(shù)數(shù)據(jù)相對(duì)較少，導(dǎo)致管路積水對(duì)瓦斯抽采效果的影響大多僅停留在相對(duì)成熟的理論層次。作為工程應(yīng)用，需要的是掌握其影響程度到底如何。在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上開(kāi)展管路積水對(duì)瓦斯抽采效果影響的試驗(yàn)研究，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上開(kāi)展防治對(duì)策探討，為礦井有效進(jìn)行瓦斯抽采提供支撐。

2 管路積水對(duì)瓦斯抽采效果影響的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)考察了2組順層鉆孔在抽采期間管路內(nèi)積水對(duì)抽采效果影響的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)鉆孔孔徑113mm，傾角13～16°，長(zhǎng)度60m；2組鉆孔均采用兩堵一注帶壓注漿封孔工藝進(jìn)行封孔，封孔段長(zhǎng)度15m；為減少巷道周邊卸壓帶對(duì)鉆孔抽采的影響，確保試驗(yàn)鉆孔始封深度5m。

2組試驗(yàn)鉆孔在相同施工工藝、封孔工藝、抽采負(fù)壓條件下進(jìn)行抽采。第1組試驗(yàn)鉆孔考察期126d，第2組試驗(yàn)鉆孔考察期200d。2組試驗(yàn)鉆孔在放水前后的抽采濃度和流量參數(shù)分別見(jiàn)表1、表2，根據(jù)抽采濃度和流量參數(shù)繪制的變化曲線分別如圖1、圖2所示。

根據(jù)表1和圖1可知：126d考察期內(nèi)鉆孔在第55d進(jìn)行管路積水排查并放水，放水前30d內(nèi)瓦斯抽采濃度平均16%，抽采流量平均0.0074m3/min，放水后30d內(nèi)瓦斯抽采濃度平均21.93%，抽采流量平均0.0103m3/min；放水后瓦斯抽采濃度提高1.37倍，瓦斯抽采流量提高1.39倍。

根據(jù)表2和圖2可知：200d考察期內(nèi)鉆孔在第127d進(jìn)行管路積水排查并放水，放水前30d內(nèi)瓦斯抽采濃度平均8.10%，抽采流量平均0.0036m3/min，放水后30d內(nèi)瓦斯抽采濃度平均18.17%，抽采流量平均0.0080m3/min；放水后瓦斯抽采濃度提高2.24倍，瓦斯抽采流量提高2.22倍。

表1 第1組鉆孔瓦斯抽采濃度和流量參數(shù)

表2 第2組鉆孔瓦斯抽采濃度和流量參數(shù)

圖1 第1組鉆孔放水前后抽采濃度和流量曲線

圖2 第2組鉆孔放水前后抽采濃度和流量曲線

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)2組試驗(yàn)鉆孔在積水處理前后瓦斯抽采濃度和瓦斯抽采純量的對(duì)比試驗(yàn)可以看出：考察期內(nèi)試驗(yàn)鉆孔放水前后30d內(nèi)瓦斯抽采濃度由平均8.10%～16%提高到18.17%～21.93%，提高1.37～2.24倍；瓦斯抽采流量由平均0.0036～0.0074m3/min提高到0.0080～0.0103m3/min，提高1.39～2.22倍。管路積水處理后能較大程度地提高瓦斯抽采效果，延長(zhǎng)鉆孔有效抽采時(shí)間。當(dāng)然，受客觀因素影響抽采管網(wǎng)中的積水現(xiàn)象不可能完全消除，但及時(shí)處理管路積水、減少積水量、最大限度地保證管路有效抽采斷面，對(duì)保證瓦斯抽采效果較為明顯。

3 瓦斯抽采管路積水防治對(duì)策

瓦斯抽采是一個(gè)復(fù)雜的工程體系，牽涉到抽采工藝技術(shù)、抽采裝備、抽采管理等方方面面。受不同客觀因素影響，抽采管網(wǎng)內(nèi)積水不可能完全消除，但經(jīng)過(guò)實(shí)踐中技術(shù)和管理的不斷創(chuàng)新，可通過(guò)以下幾方面采取針對(duì)性的積水處理措施。

(1)優(yōu)化抽采設(shè)計(jì)、系統(tǒng)敷設(shè)管網(wǎng) 優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)敷設(shè)是從源頭上防治抽采管路積水。設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)前通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查、熟悉工程背景后，結(jié)合礦井抽掘采平衡關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)性、針對(duì)性的設(shè)計(jì)。分源頭、分系統(tǒng)防治管路積水，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求充分合理地設(shè)計(jì)附屬裝置，結(jié)合礦井實(shí)際情況提出合理的有針對(duì)性的管理措施[9-10]。

(2)安裝附屬設(shè)施 《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》要求瓦斯抽采管網(wǎng)中應(yīng)當(dāng)安裝足夠數(shù)量的放水器，確保及時(shí)排除管路中的積水，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置除渣裝置，防止煤泥堵塞管路斷面。鉆場(chǎng)內(nèi)、管路拐彎處、低洼處、溫度突變處等其他容易出現(xiàn)管路積水的環(huán)節(jié)設(shè)置放水器附屬裝置能很大程度上解決管路積水對(duì)瓦斯抽采的影響[11]。

(3)強(qiáng)化管理、及時(shí)處理積水 抽采系統(tǒng)的日常放水除渣工作應(yīng)做到常態(tài)化、有效化，并根據(jù)系統(tǒng)抽采參數(shù)及時(shí)梳理和調(diào)節(jié)管網(wǎng)系統(tǒng)。自動(dòng)放水器和人工放水器的放水工作納入抽采監(jiān)測(cè)，礦井應(yīng)制定有針對(duì)性的積水處理措施和人員管理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

(4)其他技術(shù)和管理創(chuàng)新 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程需要和實(shí)踐的積累，目前針對(duì)抽采管網(wǎng)積水處理涌現(xiàn)出許多技術(shù)、管理方面的創(chuàng)新，這些都不斷地更新和改進(jìn)了礦井抽采管網(wǎng)的積水處理工作。經(jīng)實(shí)踐試驗(yàn)有效的抽采管網(wǎng)積水處理技術(shù)、管理措施可實(shí)現(xiàn)區(qū)域化推廣。放水器的更新?lián)Q代就是很好的證明。

4 主要結(jié)論

通過(guò)管路積水對(duì)瓦斯抽采效果影響的試驗(yàn)研究以及基于試驗(yàn)研究開(kāi)展的針對(duì)性的防治對(duì)策探討，可得出如下主要結(jié)論：

(1)考察期內(nèi)試驗(yàn)鉆孔放水前后30d內(nèi)瓦斯抽采濃度由平均8.10%～16%提高到18.17%～21.93%，提高1.37～2.24倍；瓦斯抽采流量由平均0.0036～0.0074m3/min提高到0.0080～0.0103m3/min，提高1.39～2.22倍；消除管路積水后，瓦斯抽采效果明顯提高。

(2)在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地開(kāi)展了優(yōu)化抽采設(shè)計(jì)、系統(tǒng)敷設(shè)管網(wǎng)、安裝附屬設(shè)施、強(qiáng)化抽采管理等管路積水防治對(duì)策；通過(guò)及時(shí)處理管路積水，可提高瓦斯抽采效果、延長(zhǎng)鉆孔有效抽采時(shí)間、緩解抽掘采平衡。

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[責(zé)任編輯：施紅霞]

2017-04-11

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.04.027

陳 勇(1987-)，男，湖南湘鄉(xiāng)人，碩士，助理研究員，主要從事礦井瓦斯災(zāi)害防治成套技術(shù)及裝備研發(fā)工作。

陳 勇.管路積水對(duì)瓦斯抽采效果影響的試驗(yàn)研究及防治對(duì)策[J].煤礦開(kāi)采，2017，22(4)：103-105.

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1006-6225(2017)04-0103-03

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