管路積水對瓦斯抽采效果影響的試驗研究及防治對策

陳 勇

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

管路積水對瓦斯抽采效果影響的試驗研究及防治對策

陳 勇1，2

(1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.國家煤礦安全技術(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瓦斯抽采效果的影響，通過現(xiàn)場試驗結(jié)合理論分析的方法開展了相關(guān)試驗，在試驗的基礎(chǔ)上對管路積水防治對策進(jìn)行分析和探討。試驗結(jié)果表明：考察期內(nèi)試驗鉆孔放水前后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，延長鉆孔有效抽采時間。結(jié)合前期試驗針對性地開展了優(yōu)化抽采設(shè)計、系統(tǒng)敷設(shè)管網(wǎng)、安裝附屬設(shè)施、強化抽采管理等防治對策。

管路積水；瓦斯抽采；防治對策

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)的積水若不及時清理會對瓦斯抽采產(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 試驗背景

礦井瓦斯抽采工程實踐中，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)和消突時間延長、抽采負(fù)壓損失等，這些都是普遍的認(rèn)識，工程實踐的積累也采取了很多技術(shù)和管理創(chuàng)新的針對性措施[6-8]。但對于管路積水對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)相對較少，導(dǎo)致管路積水對瓦斯抽采效果的影響大多僅停留在相對成熟的理論層次。作為工程應(yīng)用，需要的是掌握其影響程度到底如何。在工程實踐的基礎(chǔ)上開展管路積水對瓦斯抽采效果影響的試驗研究，在試驗的基礎(chǔ)上開展防治對策探討，為礦井有效進(jìn)行瓦斯抽采提供支撐。

2 管路積水對瓦斯抽采效果影響的現(xiàn)場試驗

2.1 現(xiàn)場工程試驗

現(xiàn)場考察了2組順層鉆孔在抽采期間管路內(nèi)積水對抽采效果影響的試驗研究。試驗鉆孔孔徑113mm，傾角13～16°，長度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，封孔段長度15m；為減少巷道周邊卸壓帶對鉆孔抽采的影響，確保試驗鉆孔始封深度5m。

2組試驗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組試驗鉆孔考察期126d，第2組試驗鉆孔考察期200d。2組試驗鉆孔在放水前后的抽采濃度和流量參數(shù)分別見表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)場試驗結(jié)果分析

通過2組試驗鉆孔在積水處理前后瓦斯抽采濃度和瓦斯抽采純量的對比試驗可以看出：考察期內(nèi)試驗鉆孔放水前后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，延長鉆孔有效抽采時間。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，對保證瓦斯抽采效果較為明顯。

3 瓦斯抽采管路積水防治對策

瓦斯抽采是一個復(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)過實踐中技術(shù)和管理的不斷創(chuàng)新，可通過以下幾方面采取針對性的積水處理措施。

(1)優(yōu)化抽采設(shè)計、系統(tǒng)敷設(shè)管網(wǎng) 優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)敷設(shè)是從源頭上防治抽采管路積水。設(shè)計單位在設(shè)計前通過現(xiàn)場勘查、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、針對性的設(shè)計。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)計附屬裝置，結(jié)合礦井實際情況提出合理的有針對性的管理措施[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，確保及時排除管路中的積水，必要時應(yīng)設(shè)置除渣裝置，防止煤泥堵塞管路斷面。鉆場內(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瓦斯抽采的影響[11]。

(3)強化管理、及時處理積水 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)及時梳理和調(diào)節(jié)管網(wǎng)系統(tǒng)。自動放水器和人工放水器的放水工作納入抽采監(jiān)測，礦井應(yīng)制定有針對性的積水處理措施和人員管理，實現(xiàn)精細(xì)化管理。

(4)其他技術(shù)和管理創(chuàng)新 根據(jù)現(xiàn)場工程需要和實踐的積累，目前針對抽采管網(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)實踐試驗有效的抽采管網(wǎng)積水處理技術(shù)、管理措施可實現(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

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

(1)考察期內(nèi)試驗鉆孔放水前后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)在試驗研究的基礎(chǔ)上，針對性地開展了優(yōu)化抽采設(shè)計、系統(tǒng)敷設(shè)管網(wǎng)、安裝附屬設(shè)施、強化抽采管理等管路積水防治對策；通過及時處理管路積水，可提高瓦斯抽采效果、延長鉆孔有效抽采時間、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.管路積水對瓦斯抽采效果影響的試驗研究及防治對策[J].煤礦開采，2017，22(4)：103-105.

TD712.6

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1006-6225(2017)04-0103-03

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