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钻孔多级流量计在实测煤层透气性系数中的应用


文章日期:2017-06-18|阅读数:


采用径向流量法实测煤层透气性系数, 使用 ZLD-2 型钻孔多级流量计测定钻孔流量,应用 Excel 处理数据,操作简便,结果准确。 测算结果表明玉舍中井煤矿 9# 煤层的透气性系数约为 0.033~0.076 m2/(MPa2·d),属于瓦斯难以抽放类型。

0.引言

煤层透气性系数是用来表征瓦斯在煤体中流动难易程度的一项参数,是用来评价煤层中瓦斯抽采难易程度的一项重要参考指标,对煤层瓦斯抽采设计具有重要参考意义。 其物理意义:在 1 m 长的煤体上,当压力平方差为 1 MPa2 时,每日流过 1 m2 煤层断面的瓦斯量(m3)。 而煤层透气性系数的测试往往采用现场实测的钻孔径向流量法,该方法由周士宁院士提出,现场操作简便,应用广泛。

1.煤层透气性系数的测定方法

1.1计算公式

孔径向流量法测定煤层透气性系数的计算公式如表 1 所示。

煤气1.jpg

注:F0. 时间准数 a、b. 系数与指数 p0. 煤层原始的瓦斯压力 p1. 钻孔内排放瓦斯时的瓦斯压力 , 取 p1=0.1 MPa r1. 钻孔半径 ,m λ. 煤层透气性系数 ,m2/(MPa2·d) q. 在排放瓦斯时间为 t 时的钻孔煤壁单位面积瓦斯流量,m3/(m2·d), q=Q/2πr1L Q. 在时间 t 时的钻孔流量,m3/d L. 煤孔长度,m t. 从开始排放瓦斯到测量瓦斯流量 q时的时间间隔,d  ɑ. 煤层瓦斯含量系数,m3/(m3·MPa-0.5)。

1.2实测步骤

(1)现场施工钻孔并密封 ,向原始煤体中施工一个或多个钻孔,插入钢管并将钢管和钻孔间的部分密封。

(2)流量数据监测 ,通过流量计定期测算钻孔瓦斯涌出量。

(3)计算煤层透气性系数,通过 Excel 计算结果。钻孔位于贵州格木底矿业股份有限公司玉舍中井煤矿 9# 煤层 10903 运输顺槽左帮, 共施工 11 个钻孔,如图 1 所示。 其中 6# 孔为增透抽采孔,在该孔采用某种形式的增透方式作业后密封联抽,其余各孔为监测孔, 其中 3#、8#、10# 孔一直向外涌出瓦斯,对这 3 个孔进行了流量测试。 这 3 个孔的长度 65 m,方位角 203°,倾角 18°,孔口采用 4 分钢管、聚氨酯和水泥砂浆密封,密封长度 10 m。

煤气2.jpg

3.数据采集

现场数据采集是对这 3 个自然涌出瓦斯钻孔的瓦斯自然涌出量进行监测,测量仪器为 ZLD-2 型钻孔多级流量计。

3.1测定原理

向煤层中打一个钻孔后,钻孔周边的煤层瓦斯压力平衡遭到破坏,钻孔气体压力趋近于大气压力p0, 钻孔周边一定范围内的高压瓦斯便向钻孔内流动,这一范围成为流动场。 通过钻孔孔口流出的瓦斯流过 ZLD-2 型钻孔多级流量计喷嘴时,由于流速的断面产生收缩而使得喷嘴的两侧产生压差,通过压差可以计算出通过喷嘴的流量的大小。

3.2仪器介绍

采用 ZLD-2 型钻孔多级流量计,计算瓦斯自然涌出量

煤气3.jpg

3.3多级流量计的使用方法

(1)注水 将多级流量计左右 2 个金属旋钮拧至***上端, 通过注射器项多级流量计中注入清水,直至左右液柱的水面都到达“0”刻度线处。

(2)安装孔板 根据钻孔涌出的气体流量的大小选择不同的孔板, 流量大时选择孔径较大的孔板,流量小时选择孔径较小的孔板。

(3)连接并读数 通过软管连接钻孔和多级流量计的进气嘴, 并读出流量计左右两侧的压差,单位 mm,记录孔板的标号和压差以便计算流量。

(4)计算 将记录的数值带入式(1)计算出瓦斯流量,单位:L/min。

4.采用 Excel 进行计算煤层透气性系数采用 Excel 计算煤层透气性系数, 首先将煤孔长度 L、钻孔半径 r0、原始瓦斯压力 p0、瓦斯含量系α 值(原始瓦斯压力 p0、原始瓦斯含量 W0 数据已,含量系数 α 值可通过上述两数据计算),钻孔瓦斯流量 Q 及对应的天数 t 值等数据输入 Excel 中,并编辑公式计算出 q 值和 A 值、B 值,及 λ 值和 B·λ, 对与不同的 F0 区间, 计算出不同的 λ 值和 B·λ 值, 选择 B·λ 值与 F0 区间吻合的 λ 值即为计算出的煤层透气性系数

5.计算过程与结果

煤气4.jpg

实测结果如表 3 所示。 煤层透气性系数随着天数的增加有衰减趋势,如图 2 所示,这与流量的衰减相关,格木底矿业有限公司玉舍中井煤矿 9# 煤层的流量 11 d 后趋于稳定,通过 11~15 d 的流量值测算出的 9# 煤层透气性系数 0.033~0.076 m2/(MPa2· d),故该煤层的可抽放类型分类为难以抽放。

6.结语

运用 ZLD-2 型多级流量计来测钻孔流量具有操作简单、测试准确的优点,通过 Excel 处理数据来计算煤层的透气性系数只需要编辑好公式,将各参数输入计算机计算,过程方便快捷,一次编辑计算公式可多次使用,以后每次计算只需要更改几个参数即可。 煤层透气性系数计算过程中的煤孔的长度L 值应该为钻孔的实际长度减去密封长度, 格木底矿业有限公司玉舍中井煤矿 9# 煤层煤层的透气性系数透气性系数约为 0.033~0.076 m2/(MPa2·d),煤层的可抽放类型分类为难以抽放型。

 

 

 



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