瓦斯抽采鉆孔負(fù)壓定點(diǎn)連續(xù)測定技術(shù)研究

陳 鵬，成 瑋，陳祖國，張 浩，陳西華

(1. 華北科技學(xué)院 礦山安全學(xué)院，北京 東燕郊 065201；2. 河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 焦作454000；3. 永貴能源開發(fā)有限責(zé)任公司 新田煤礦，貴州 畢節(jié) 551799；4. 中煤昔陽能源有限責(zé)任公司 白羊嶺煤礦，山西 晉中030600；5. 貴州豫能投資有限公司，貴州 貴陽 550000)

0 引言

我國的煤炭資源在世界上占據(jù)了一定的地位，我國當(dāng)前的煤炭資源占了一次性資源大概超過70%，并且在未來的幾十年中難以改變現(xiàn)狀。隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速增長，對(duì)煤炭資源的需求日益增長，高強(qiáng)度開采工作致使瓦斯事故頻出，在煤礦開采作業(yè)事故中超過了30%[1]。為了有效防止瓦斯災(zāi)害發(fā)生，《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》條例規(guī)定劃分區(qū)域執(zhí)行防突措施是防止瓦斯災(zāi)害發(fā)生的安全措施[2-4]。在目前，關(guān)于《煤礦瓦斯的抽采暫行規(guī)范》只是對(duì)鉆孔內(nèi)部的負(fù)壓做出了一定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，而在進(jìn)行鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)的時(shí)間長短很難把握，過長會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)但過短又會(huì)影響抽放效果，在進(jìn)行煤炭開采工作中容易造成瓦斯事故。所以對(duì)鉆孔沿程負(fù)壓分布規(guī)律進(jìn)行探究，夠得到孔內(nèi)抽放負(fù)壓規(guī)律，進(jìn)而優(yōu)化現(xiàn)有瓦斯抽放工藝，對(duì)礦井瓦斯防治具有重要的意義。

我國礦井的瓦斯抽采技術(shù)歷程較為長遠(yuǎn)，總的來說可分為高透氣性煤層瓦斯預(yù)抽、鄰近層卸壓瓦斯抽采、低透氣性煤層強(qiáng)化抽采瓦斯、綜合抽采技術(shù)、立體抽采瓦斯五個(gè)歷程[5-6]。因此礦井瓦斯抽采一直被作為防治瓦斯災(zāi)害發(fā)生重要技術(shù)手段。但針對(duì)礦井抽采負(fù)壓與抽采量的關(guān)系專家學(xué)者之間還存在不同的觀點(diǎn)。屠錫根、馬丕梁[7]、林柏泉[8]等專家認(rèn)為負(fù)壓的改變對(duì)瓦斯抽采效率的影響十分有限。王兆豐[9]、程遠(yuǎn)平[10]、王繼仁[11]等專家認(rèn)為，瓦斯的總抽采量與負(fù)壓密切相關(guān)。辛新平[12-13]等專家認(rèn)為瓦斯的抽采量與負(fù)壓關(guān)系隨著抽采時(shí)間的變化影響會(huì)不一樣。因此，研究學(xué)者對(duì)瓦斯抽采參數(shù)進(jìn)行了一定的分析研究，但再研究觀點(diǎn)上還有爭議，所以應(yīng)針對(duì)各項(xiàng)參數(shù)之間的問題進(jìn)行綜合分析研究。

以上專家學(xué)者通過理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)礦井抽采鉆孔孔內(nèi)負(fù)壓分布規(guī)律進(jìn)行模擬研究，得出礦井在抽采過程中負(fù)壓損失量較小，但孔口到孔底的負(fù)壓損失變化會(huì)相差很大的結(jié)論[14-15]；并且可以用數(shù)學(xué)關(guān)系式表示，但具體為什么會(huì)有這樣的變化，還沒有定論，主要是缺少礦井抽采鉆孔孔內(nèi)負(fù)壓損失與孔口初始負(fù)壓、抽采鉆孔直徑、抽采時(shí)間、封孔深度等抽采鉆孔參數(shù)之間的具體研究，沒有對(duì)礦井抽采負(fù)壓在抽采鉆孔孔內(nèi)分布特性及其對(duì)瓦斯抽采效果的影響進(jìn)行深入研究分析。

本文在沿程負(fù)壓損失的理論分析的基礎(chǔ)上，通過瓦斯抽采鉆孔負(fù)壓連續(xù)測定裝置測定瓦斯抽采鉆孔內(nèi)沿程負(fù)壓，理清鉆孔內(nèi)部不同位置處的負(fù)壓分布情況，研究鉆孔周圍煤體抽采效果的變化規(guī)律及改進(jìn)傳統(tǒng)的抽采工藝，形成以抽采負(fù)壓為基礎(chǔ)的瓦斯抽采效果評(píng)價(jià)技術(shù)體系，減少不必要的資源浪費(fèi)，為瓦斯抽采效果評(píng)價(jià)及其工藝參數(shù)的優(yōu)化提供最為直接的定量化依據(jù)和支撐。

1 瓦斯抽采鉆孔孔內(nèi)負(fù)壓分布理論研究

瓦斯在煤層中流動(dòng)和在抽采鉆孔中流動(dòng)都會(huì)碰到若干相對(duì)復(fù)雜的情況。在煤的形成過程中，瓦斯氣體主要是以吸附和游離態(tài)存在煤層當(dāng)中，而且在游離狀態(tài)的比較少，大部分都以吸附狀態(tài)存在。根據(jù)相關(guān)研究成果，煤層瓦斯流動(dòng)為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和層流滲流運(yùn)動(dòng)。前者的流動(dòng)特性遵守了Fick擴(kuò)散定律，主要是在煤的微孔發(fā)生。后者遵守Darcy的滲透率定律，主要是在煤的微裂紋中和大孔中發(fā)生[16]。瓦斯擴(kuò)散-滲流過程如圖1所示。

而在抽采鉆孔內(nèi)也有兩種氣體排放的過程(如圖2所示)：第一種過程是從煤層流入鉆孔的氣體，第二種過程是鉆孔中的瓦斯氣體的流動(dòng)過程。即在鉆孔周圍的鉆孔內(nèi)的氣體流動(dòng)以及煤礦煤體內(nèi)的氣體流動(dòng)。

圖1 瓦斯擴(kuò)散-滲流過程

圖2 抽采鉆孔內(nèi)兩種氣體排放的過程

針對(duì)從鉆孔周圍實(shí)體煤壁流入抽采鉆孔的情況，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)負(fù)壓會(huì)沿著鉆孔的長度衰減。所以從煤壁噴涌出來的瓦斯在鉆孔的不同深度處的涌出量也不同。所以為了簡化模型并試圖使方程易于求解，假設(shè)從鉆孔的孔壁到孔內(nèi)有三種瓦斯流動(dòng)的規(guī)律[7-12]，即瓦斯氣體流動(dòng)的衰減規(guī)律。沿孔壁流入孔內(nèi)的瓦斯流量呈非線性或線性關(guān)系，如圖3所示。

圖3 實(shí)體煤壁瓦斯流入鉆孔的三種形式

瓦斯的抽采工作過程中，除了孔口負(fù)壓是已知的以外，可直接得出，孔內(nèi)不同位置處的負(fù)壓只要知道不同位置處的瓦斯流量，則可根據(jù)以下公式[7-12]算出：

(1)

(2)

(3)

其中，R為鉆孔瓦斯源半徑，m；r0為鉆孔半徑，m；P0為煤層原始瓦斯壓力，MPa；P為煤層瓦斯壓力，MPa；a、b為煤層吸附常數(shù)，m3/t、MPa-1；c為單位體積煤中可燃物質(zhì)量，kg/m3；λ為煤層透氣性系數(shù)，m2/(MPa2·d)。

根據(jù)以上公式可以計(jì)算出鉆孔不同深度處抽采負(fù)壓數(shù)值，做出負(fù)壓隨著鉆孔長度變化的趨勢圖[7-12]，如圖4所示。

圖4 三種實(shí)體煤壁瓦斯流入鉆孔形式下的孔內(nèi)負(fù)壓分布情況

由圖4可以看出，以上三種實(shí)體煤壁瓦斯流入形式下，抽采鉆孔孔內(nèi)負(fù)壓沿孔長均呈衰減趨勢，這與流體力學(xué)和滲流力學(xué)理論相對(duì)應(yīng)。本次研究就在此理論基礎(chǔ)上，利用負(fù)壓定點(diǎn)連續(xù)測定裝置對(duì)現(xiàn)場負(fù)壓分布進(jìn)行測試分析。

2 瓦斯抽采鉆孔負(fù)壓測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況[17]

中煤昔陽能源有限責(zé)任公司白羊嶺煤礦位于山西省昔陽縣，此地即為本次的試驗(yàn)地點(diǎn)(后文將其簡稱為“白羊嶺煤礦”)，該礦區(qū)于2008年1月接受機(jī)械化升級(jí)改造，改造后的年產(chǎn)量預(yù)計(jì)每年90萬噸。該礦區(qū)有6、8、9、14、11、15、12、13號(hào)等8層煤，現(xiàn)階段能夠?qū)?5號(hào)和9號(hào)煤進(jìn)行開采；15號(hào)煤安全性較高，其最低厚度為3.775 m，最高厚度為5.89 m，平均厚度為4.6 m；9號(hào)煤的安全性中等，最高厚度為1.46 m，平均0.77 m。測試地點(diǎn)選取該礦的15108膠帶順槽和15111膠帶順槽。

15108工作面所在15#煤層范圍內(nèi)瓦斯含量在4.0～6.0 m3/t，瓦斯壓力為0.1～0.3 MPa，煤層透氣性系數(shù)和瓦斯涌出量分別為小于0.1 m2/MPa2·d的0.089～0.094 m2/MPa2·d、3.6 m3/min，屬較難抽放煤層。

15111工作面所在15#煤層范圍內(nèi)瓦斯含量在4.0～6.0 m3/t，瓦斯壓力為0.4～0.5 MPa，煤層透氣性系數(shù)和瓦斯涌出量分別為低于0.1 m2/MPa2·d的0.089～0.094 m2/MPa2·d 、3.2 m3/min，屬較難抽放煤層。

2.2 負(fù)壓測試系統(tǒng)[17]

基于礦井實(shí)際的情況，對(duì)15111和15108膠帶順槽，采取束管法來測試其抽采鉆孔孔內(nèi)負(fù)壓。各鉆孔布置8個(gè)測點(diǎn)，在孔內(nèi)30 m至100 m處每間隔10 m設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)，以此來對(duì)其負(fù)壓值的具體情況進(jìn)行測定，經(jīng)測試，共得到的鉆孔數(shù)據(jù)50組。負(fù)壓測試系統(tǒng)如圖5所示。

1-煤層；2-聚氨酯封孔材料；3-瓦斯抽采管道；4-瓦斯抽采鉆孔；5-導(dǎo)氣端；6-導(dǎo)氣管；7-支護(hù)管；8-活塞；9-球形閥門；10-真空負(fù)壓表圖5 負(fù)壓測試系統(tǒng)示意圖

這套抽采負(fù)壓測定裝置是由筆者研發(fā)，能滿足長鉆孔內(nèi)部長距離，多地點(diǎn)，隨時(shí)定點(diǎn)測量或者連續(xù)測定負(fù)壓分布值。主要技術(shù)路線在于從瓦斯抽采鉆孔孔內(nèi)負(fù)壓連續(xù)測定理論出發(fā)，通過現(xiàn)有技術(shù)及理論，實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采鉆孔負(fù)壓定點(diǎn)連續(xù)測定，這種測定方法仍在不斷地優(yōu)化，具有較高的實(shí)用性。在技術(shù)層面，本裝置運(yùn)用了球形閥門、導(dǎo)氣管、滑動(dòng)密封系統(tǒng)、真空負(fù)壓表、導(dǎo)氣端，這些裝置共同組成了對(duì)于瓦斯抽采鉆孔負(fù)壓定點(diǎn)的連續(xù)測定裝置，其中真空負(fù)壓表和導(dǎo)氣端分別和鉆孔的兩端相銜接，在鉆孔內(nèi)部插有導(dǎo)氣管。導(dǎo)氣管進(jìn)入鉆孔必須通過球形閥門，這時(shí)，通過真空負(fù)壓表即可得知負(fù)壓的具體數(shù)值。

具體測試方案如下：

(1) 根據(jù)抽采鉆孔的工作要求，對(duì)120 m的抽采鉆孔進(jìn)行工作，退鉆，清理鉆孔里的雜物；

(2) 在鉆孔工作完成之后，在其他工具的幫助下，如探桿，把壓力測試儀的輸氣管放置到離鉆孔口100 m處的位置上；

(3) 在對(duì)抽采線路的安裝時(shí)，保證安裝壓力測定儀外面的支護(hù)管長度和用來封孔的長度保持一致；

(4) 在安裝完抽采線路與測壓支護(hù)管之后，采取漿封閉鉆孔，對(duì)接抽采線路；

(5) 在保證鉆孔封孔完成后，打開抽采管道，慢慢地調(diào)整測壓導(dǎo)氣管，在不同位置設(shè)置觀測點(diǎn)。

3 試驗(yàn)測試結(jié)果分析

3.1 不同孔口負(fù)壓下孔內(nèi)負(fù)壓變化分析

為了研究不同的孔口負(fù)壓下抽采鉆孔內(nèi)負(fù)壓的變化情況，在保持抽采鉆孔的直徑113 mm，鉆孔長度120 m，封孔長度16 m的條件下，分別測試在18.6 kPa，20.4 kPa，21.8 kPa，22.9 kPa，24.3 kPa，25.6 kPa，26.7 kPa，27.5 kPa，28.6 kPa，30.2 kPa 的孔口負(fù)壓下，鉆孔內(nèi)不同深度處的負(fù)壓值，結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同孔口負(fù)壓抽采鉆孔內(nèi)不同深度處負(fù)壓變化圖

從圖6中可以看出：

(1) 在不同的負(fù)壓條件下，鉆孔內(nèi)的壓力值也會(huì)不同，但鉆孔內(nèi)的壓力趨勢基本保持相同，呈整體變化；

(2) 當(dāng)抽采鉆孔孔口負(fù)壓由18.6 kPa升高至30.2 kPa，測孔段末端負(fù)壓由11.3 kPa升高至21.3 kPa，鉆孔壓力值消耗7.2 kPa～8.9 kPa。與孔口負(fù)壓相比，負(fù)壓損失為29.8%～39.3%；

(3) 處于同等負(fù)壓條件下，隨深度不斷增加，鉆孔內(nèi)的壓力值不斷降低。在0～50 m的程度上，壓力一般保持穩(wěn)定，表明在此范圍內(nèi)壓力值損失較少，而在50～100 m的程度上，壓力值快速降低，表明在這個(gè)位置壓力值已經(jīng)有了較大損失。究其根本原因就是，隨著鉆孔的長度增加，阻力加大，壓力的消耗就增大，與此同時(shí)，在試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)鉆孔的變形，塌孔，堵塞等情況都會(huì)影響負(fù)壓的損失；

(4) 因?yàn)殂@孔的不斷深入，鉆孔內(nèi)的壓力值漸漸減少，這也就解釋了鉆孔淺層有效抽采度較高而深層抽采較為困難的原因；

(5) 當(dāng)孔口負(fù)壓為27.5 kPa時(shí)，負(fù)壓損失量達(dá)到最小值為29.8%，當(dāng)孔口負(fù)壓值小于或大于27.5 kPa時(shí)，負(fù)壓損失量都有所增加。

3.2 不同鉆孔直徑下孔內(nèi)負(fù)壓變化分析

為了研究不同的鉆孔直徑下抽采鉆孔內(nèi)負(fù)壓的變化情況，在保持抽采負(fù)壓27.5 KPa，鉆孔長度120 m，封孔長度16 m的條件下，分別測試在75 mm，94 mm，103 mm，113 mm，120 mm鉆孔直徑下，鉆孔內(nèi)不同深度處的負(fù)壓值，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同鉆孔直徑抽采鉆孔內(nèi)不同深度處負(fù)壓變化圖

從圖7中可以看出：

(1) 在針對(duì)同一個(gè)鉆孔試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鉆孔深度越大，鉆孔內(nèi)的壓力值就會(huì)減小。這個(gè)結(jié)果和不同孔口負(fù)壓條件下的測試結(jié)果保持一致。改變鉆孔的直徑，抽采鉆孔孔內(nèi)負(fù)壓變化趨勢也大致相同，均呈遞減趨勢；

(2) 當(dāng)鉆孔直徑為75 mm時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了8.8 kPa；當(dāng)鉆孔直徑為94 mm時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了8.1 kPa；當(dāng)鉆孔直徑為103 mm時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了7.3 kPa；當(dāng)鉆孔直徑為113 mm時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了6.3 kPa；當(dāng)鉆孔直徑為120 mm時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了4.9 kPa。與孔口負(fù)壓相比，負(fù)壓損失為17.8%～32.0%，這表明鉆孔直徑越大，負(fù)壓損失也越??；

(3) 隨著抽采鉆孔直徑的增大，煤體的滲透率逐漸降低，孔內(nèi)瓦斯流速逐漸降低，瓦斯從鉆孔內(nèi)壁孔隙中涌出的局部阻力和沿程阻力均得到了降低，相應(yīng)的負(fù)壓損失也出現(xiàn)降低。

但當(dāng)鉆孔直徑增加到一定值后，會(huì)出現(xiàn)鉆孔坍塌的等一系列安全隱患，所以在保證安全的前提下，選擇94～113 mm的鉆孔直徑是最有保障的。

3.3 不同封孔深度下孔內(nèi)負(fù)壓變化分析

為了研究不同的封孔深度下抽采鉆孔內(nèi)負(fù)壓的變化情況，在保持抽采負(fù)壓27.5 kPa，鉆孔長度120 m，抽采直徑113 mm的條件下，分別測試在10 m，12 m，14 m，16 m，18 m，20 m，22 m封孔深度下，鉆孔內(nèi)不同深度處的負(fù)壓值，結(jié)果如圖8所示，負(fù)壓損失量隨封孔深度衰減變化圖如圖9所示。

圖8 不同封孔深度抽采鉆孔內(nèi)不同深度處負(fù)壓變化圖

圖9 負(fù)壓損失量隨封孔深度衰減變化圖

從圖8、9中可以看出：

(1) 改變鉆孔的封孔深度，抽采鉆孔孔內(nèi)負(fù)壓變化趨勢大致相同，均呈遞減趨勢；

(2) 不同封孔深度對(duì)應(yīng)的負(fù)壓值變化是不一致的。當(dāng)封孔深度為10 m時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了11.2 kPa；當(dāng)封孔深度為12 m時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了10.5 kPa；當(dāng)封孔深度為14 m時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了8.8 kPa；當(dāng)封孔深度為16 m時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了8.5 kPa；當(dāng)封孔深度為18 m時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了8.2 kPa；當(dāng)封孔深度為20 m時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了6.5 kPa；當(dāng)封孔深度為22 m時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了4.3 kPa。與孔口負(fù)壓相比，負(fù)壓損失為15.6%～40.7%；

(3) 抽采鉆孔封孔深度在10～14 m、18～22 m段時(shí)負(fù)壓衰減速度變化很快，在14～18 m段時(shí)負(fù)壓衰減速度變化緩慢。

3.4 不同抽采時(shí)間下孔內(nèi)負(fù)壓變化分析

為了研究不同的抽采時(shí)間下抽采鉆孔內(nèi)負(fù)壓的變化情況，在保持抽采負(fù)壓27.5 kPa，鉆孔長度120 m，抽采直徑113 mm，封孔深度16 m的條件下，分別測試在1 d，10 d，15 d，20 d，25 d，30 d抽采時(shí)間下，鉆孔內(nèi)不同深度處的負(fù)壓值，結(jié)果如圖10所示， 孔內(nèi)負(fù)壓隨抽采時(shí)間變化如圖11所示。

圖10 不同抽采時(shí)間抽采鉆孔內(nèi)不同深度處負(fù)壓變化圖

圖11 孔內(nèi)負(fù)壓隨抽采時(shí)間變化圖

從圖10和圖11中可以看出：

(1) 隨著抽采時(shí)間的變化，抽采鉆孔孔內(nèi)負(fù)壓變化趨勢大致相同，均呈遞減趨勢；

(2) 當(dāng)抽采時(shí)間為1 d時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了8.8 kPa；當(dāng)抽采時(shí)間為10 d時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了7.3 kPa；當(dāng)抽采時(shí)間為15 d時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了6.3 kPa；當(dāng)抽采時(shí)間為20 d時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了5.8 kPa；當(dāng)抽采時(shí)間為25 d時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了5.3 kPa；當(dāng)抽采時(shí)間為30 d時(shí)，孔底負(fù)壓相對(duì)于孔口負(fù)壓降低了5 kPa；與孔口負(fù)壓相比，負(fù)壓損失為26.3%～32%；

(3) 隨著抽采時(shí)間的增加，全程負(fù)壓損失量減小，且減小的速度越來越慢。

3.5 基于測試結(jié)果對(duì)抽采效果優(yōu)化分析

通過以上幾節(jié)的分析，可以得出在抽采鉆孔孔口負(fù)壓為27.5 kPa左右，鉆孔直徑94～113 mm，封孔深度14～18 m，孔深120 m，抽采時(shí)間大于30 d的抽采條件對(duì)負(fù)壓的影響是最小的。此條件下測試的負(fù)壓數(shù)據(jù)如圖12所示。

圖12 抽采工藝優(yōu)化后負(fù)壓沿程變化

由上圖可看出，在抽采工藝優(yōu)化過后，沿程負(fù)壓變化滿足y=-0.00114x2+0.04173x+27.18107的函數(shù)關(guān)系，R2達(dá)到0.9736，相關(guān)性較高[17]。

基于對(duì)抽采負(fù)壓，抽采鉆孔直徑，抽采鉆孔深度，抽采時(shí)間的優(yōu)化，在對(duì)礦方抽采鉆孔參數(shù)優(yōu)化前對(duì)瓦斯抽采鉆孔的流量和濃度測試結(jié)果，以及本次在抽采鉆孔優(yōu)化后對(duì)瓦斯抽采鉆孔的流量和濃度測試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，如圖13和14所示。

圖13 鉆孔參數(shù)優(yōu)化前后抽采瓦斯流量隨抽采時(shí)間變化曲線圖

由圖13可以看出，優(yōu)化前后抽采瓦斯流量均隨著抽采時(shí)間的增加呈負(fù)指數(shù)衰減，優(yōu)化后的抽采瓦斯流量遠(yuǎn)高于優(yōu)化前的，且抽采30 d后，相比優(yōu)化前增加了17%。

圖14 鉆孔參數(shù)優(yōu)化前后抽采瓦斯?jié)舛入S抽采時(shí)間變化曲線圖

由圖14可以看出，優(yōu)化前后抽采瓦斯?jié)舛染S著抽采時(shí)間的增加呈遞減變化，優(yōu)化后的抽采瓦斯?jié)舛纫恢备哂趦?yōu)化前的，且抽采30 d后，相比優(yōu)化前增加了14%。

4 結(jié)論

(1) 通過對(duì)三種不同瓦斯流動(dòng)形式下實(shí)體煤壁瓦斯氣體流向抽采鉆孔內(nèi)對(duì)孔內(nèi)負(fù)壓的影響分析，得出了孔內(nèi)負(fù)壓分布的趨勢，表明孔內(nèi)負(fù)壓的沿程損失情況。

(2) 孔口負(fù)壓，鉆孔直徑，封孔深度，抽采時(shí)間的變化都會(huì)使孔內(nèi)負(fù)壓呈衰減趨勢，這與理論分析得出的結(jié)果相一致。隨著孔口負(fù)壓，鉆孔直徑，封孔深度，抽采時(shí)間的增大，負(fù)壓衰減速率會(huì)減小，沿程損失量也隨之減少，但這種減小并不是一成不變的，當(dāng)這些鉆孔參數(shù)增大到某個(gè)值時(shí)，隨后再增大它們的數(shù)值，負(fù)壓衰減速率會(huì)加快，沿程損失量也增大，因此針對(duì)不同礦井需對(duì)不同條件下的抽采負(fù)壓進(jìn)行測定，從而得出最優(yōu)抽采參數(shù)，這個(gè)最優(yōu)參數(shù)，就是負(fù)壓衰減速率最小時(shí)對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)鉆孔參數(shù)。

(3) 本次測試煤層孔內(nèi)負(fù)壓沿程變化遵循y=ax2+bx+c的函數(shù)關(guān)系，在對(duì)抽采參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，抽采效果有明顯提升，這對(duì)白羊嶺煤礦形成以抽采負(fù)壓為基礎(chǔ)的瓦斯抽采效果評(píng)價(jià)技術(shù)體系以及為瓦斯抽采效果評(píng)價(jià)及其工藝參數(shù)的優(yōu)化提供最為直接的定量化依據(jù)和支撐。