管路积水对瓦斯抽采效果影响的试验研究及防治对策

2017-09-03陈勇

采矿与岩层控制工程学报 2017年4期

关键词：积水管路管网

陈勇

(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037；2.国家煤矿安全技术工程研究中心，重庆 400037)

管路积水对瓦斯抽采效果影响的试验研究及防治对策

陈勇1，2

(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037；2.国家煤矿安全技术工程研究中心，重庆 400037)

管路积水是影响瓦斯抽采的关键因素，为有效考察管路积水对瓦斯抽采效果的影响，通过现场试验结合理论分析的方法开展了相关试验，在试验的基础上对管路积水防治对策进行分析和探讨。试验结果表明：考察期内试验钻孔放水前后30d内瓦斯抽采浓度由平均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；积水处理后能较大程度上提高瓦斯抽采效果，延长钻孔有效抽采时间。结合前期试验针对性地开展了优化抽采设计、系统敷设管网、安装附属设施、强化抽采管理等防治对策。

管路积水；瓦斯抽采；防治对策

Experimental Study and Prevention of Pipeline Water to Gas Drainage Effect

煤层瓦斯抽采期间煤岩层中的水通过裂隙通道进入抽采管网系统或者在抽采负压作用下转换成气态进入抽采管网系统后因温度变化由气态转变形成液态；管网中的水在自重和负压作用下沿管道聚集在管网低洼处[1-2]。抽采管网内的积水若不及时清理会对瓦斯抽采产生多方面的不利影响，主要表现为减少管道内气流的有效断面、增大抽采负压损耗甚至出现抽采负压做无用功、导致管道内煤渣及颗粒物的积聚而阻塞管路等，这些不利因素直接导致抽采负压降低、抽采量减少，从而影响抽采系统能力的发挥。

1 试验背景

矿井瓦斯抽采工程实践中，受管路积水影响导致瓦斯抽采浓度降低、瓦斯抽采量减少、抽采达标和消突时间延长、抽采负压损失等，这些都是普遍的认识，工程实践的积累也采取了很多技术和管理创新的针对性措施[6-8]。但对于管路积水对抽采效果的影响程度到底如何，暂未形成明确的技术体系，相关的基础资料和技术数据相对较少，导致管路积水对瓦斯抽采效果的影响大多仅停留在相对成熟的理论层次。作为工程应用，需要的是掌握其影响程度到底如何。在工程实践的基础上开展管路积水对瓦斯抽采效果影响的试验研究，在试验的基础上开展防治对策探讨，为矿井有效进行瓦斯抽采提供支撑。

2 管路积水对瓦斯抽采效果影响的现场试验

2.1 现场工程试验

现场考察了2组顺层钻孔在抽采期间管路内积水对抽采效果影响的试验研究。试验钻孔孔径113mm，倾角13～16°，长度60m；2组钻孔均采用两堵一注带压注浆封孔工艺进行封孔，封孔段长度15m；为减少巷道周边卸压带对钻孔抽采的影响，确保试验钻孔始封深度5m。

2组试验钻孔在相同施工工艺、封孔工艺、抽采负压条件下进行抽采。第1组试验钻孔考察期126d，第2组试验钻孔考察期200d。2组试验钻孔在放水前后的抽采浓度和流量参数分别见表1、表2，根据抽采浓度和流量参数绘制的变化曲线分别如图1、图2所示。

根据表1和图1可知：126d考察期内钻孔在第55d进行管路积水排查并放水，放水前30d内瓦斯抽采浓度平均16%，抽采流量平均0.0074m3/min，放水后30d内瓦斯抽采浓度平均21.93%，抽采流量平均0.0103m3/min；放水后瓦斯抽采浓度提高1.37倍，瓦斯抽采流量提高1.39倍。

根据表2和图2可知：200d考察期内钻孔在第127d进行管路积水排查并放水，放水前30d内瓦斯抽采浓度平均8.10%，抽采流量平均0.0036m3/min，放水后30d内瓦斯抽采浓度平均18.17%，抽采流量平均0.0080m3/min；放水后瓦斯抽采浓度提高2.24倍，瓦斯抽采流量提高2.22倍。

表1 第1组钻孔瓦斯抽采浓度和流量参数

表2 第2组钻孔瓦斯抽采浓度和流量参数

图1 第1组钻孔放水前后抽采浓度和流量曲线

图2 第2组钻孔放水前后抽采浓度和流量曲线

2.2 现场试验结果分析

通过2组试验钻孔在积水处理前后瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量的对比试验可以看出：考察期内试验钻孔放水前后30d内瓦斯抽采浓度由平均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。管路积水处理后能较大程度地提高瓦斯抽采效果，延长钻孔有效抽采时间。当然，受客观因素影响抽采管网中的积水现象不可能完全消除，但及时处理管路积水、减少积水量、最大限度地保证管路有效抽采断面，对保证瓦斯抽采效果较为明显。

3 瓦斯抽采管路积水防治对策

瓦斯抽采是一个复杂的工程体系，牵涉到抽采工艺技术、抽采装备、抽采管理等方方面面。受不同客观因素影响，抽采管网内积水不可能完全消除，但经过实践中技术和管理的不断创新，可通过以下几方面采取针对性的积水处理措施。

(1)优化抽采设计、系统敷设管网优化设计、系统敷设是从源头上防治抽采管路积水。设计单位在设计前通过现场勘查、熟悉工程背景后，结合矿井抽掘采平衡关系进行系统性、针对性的设计。分源头、分系统防治管路积水，结合相关规范要求充分合理地设计附属装置，结合矿井实际情况提出合理的有针对性的管理措施[9-10]。

(2)安装附属设施《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》要求瓦斯抽采管网中应当安装足够数量的放水器，确保及时排除管路中的积水，必要时应设置除渣装置，防止煤泥堵塞管路断面。钻场内、管路拐弯处、低洼处、温度突变处等其他容易出现管路积水的环节设置放水器附属装置能很大程度上解决管路积水对瓦斯抽采的影响[11]。

(3)强化管理、及时处理积水抽采系统的日常放水除渣工作应做到常态化、有效化，并根据系统抽采参数及时梳理和调节管网系统。自动放水器和人工放水器的放水工作纳入抽采监测，矿井应制定有针对性的积水处理措施和人员管理，实现精细化管理。

(4)其他技术和管理创新根据现场工程需要和实践的积累，目前针对抽采管网积水处理涌现出许多技术、管理方面的创新，这些都不断地更新和改进了矿井抽采管网的积水处理工作。经实践试验有效的抽采管网积水处理技术、管理措施可实现区域化推广。放水器的更新换代就是很好的证明。

4 主要结论

通过管路积水对瓦斯抽采效果影响的试验研究以及基于试验研究开展的针对性的防治对策探讨，可得出如下主要结论：

(1)考察期内试验钻孔放水前后30d内瓦斯抽采浓度由平均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；消除管路积水后，瓦斯抽采效果明显提高。

(2)在试验研究的基础上，针对性地开展了优化抽采设计、系统敷设管网、安装附属设施、强化抽采管理等管路积水防治对策；通过及时处理管路积水，可提高瓦斯抽采效果、延长钻孔有效抽采时间、缓解抽掘采平衡。

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