放出的瓦斯量,与井下测量的瓦斯解吸量一起计算煤芯瓦斯解吸量Q2;将煤样筒中的部分煤样装入密封的粉碎系统加以粉碎,测量在粉碎过程及粉碎后一段时间所解吸出的瓦斯量(常压下),并以此计算粉碎瓦斯解吸量Q3;瓦斯损失量、煤芯瓦斯解吸量和粉碎瓦斯解吸量之和就是可解吸瓦斯含量,即Qm=Q1+Q2+Q3。再根据试验可测定煤层残余瓦斯含量,最终求出煤层瓦斯含量。系统和钻孔取样系统等组成。利用这种方法在淮南矿业集团进行试验,试验结果见表1,同时与巷道掘进过程中瓦斯涌出量进行对比,显然趋势基本一致。利用这种方法能够实现大面积大量测定煤层瓦斯含量资料,了解各区域的煤层瓦斯含量分布状态,以此为基础便可有效预测瓦斯灾害易发区。目前试验取样钻孔深度达到50m,随着进一步改进和扩大试验,预计能够满足煤矿生产的实际需要。
二、高效瓦斯抽采技术
1.地面钻孔抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯。瓦斯抽采是预防瓦斯灾害最根本的手段,借鉴国内外一些成功的经验,结合淮南矿区的实际情况,我们对煤矿区地面钻井抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯技术进行了试验研究。
在淮南矿业集团谢桥和张北矿采空区瓦斯抽采的试验结果表明,钻孔应布置在距离回风巷30m以内,钻孔间距在200~300m之间。潘一矿的地面钻孔抽放采空区瓦斯流量为5~15m3/min,浓度为60~85%。张北矿地面钻孔抽放采空区瓦斯流量为10~25m3/min,浓度为60~80%。谢桥矿地面钻孔抽放采空区瓦斯流量为10~20m3/min,浓度为60~90%。谢一矿的一个地面钻孔抽放采空区瓦斯量为4~5m3/min,浓度为50%。
通过以上对淮南矿区地面钻孔抽放采空区瓦斯实施效果的归纳,可以看出:通常情况下,这些钻孔在正常工作期间,瓦斯抽放量和瓦斯浓度均较高,平均流量为15m3/min,平均瓦斯浓度为80%,抽放效果较好。当工作面推过钻孔40~100m时,钻孔瓦斯流量和浓度都增到最大值。
2.井下顺煤层枝状长钻孔预抽煤层瓦斯技术。在山西大宁矿,引进澳大利亚生产的VLD-1000定向千米钻机,采用导向和纠偏装置调整钻进方向,并根据煤层强度确定排渣方式和参数。VLD定向钻机从2003年4月开始在大宁矿调试、运行,到2004年4月末的一个整年,总共钻进进尺为78484m,创下了单台VLD定向钻机在井下定向钻进的世界纪录。到2004年9月底,VLD钻机已经完成了定向钻孔160个,总进尺达到了112,716m,最长的钻孔达到了1005m,有20个钻孔的长度在800m以上,钻孔布置如图11所示。
对不同深度钻孔的抽采效果进行了现场试验和考察,将钻孔按深度分为800m、600m、400m组。不同深度千米钻机枝状长钻孔抽采效果如表3所示。由此可以看出,钻孔深度为800m组的钻孔总钻进长度是钻孔深度400m组的153%,其抽采第1年、第2年及800d的总累计抽采量是钻孔深度400m组的133%~139%;钻孔深度为600m组的钻孔总钻进长度是钻孔深度400m组的145%,其抽采第1年、第2年及800d的总累计抽采量是钻孔深度400m组的106%~121%。随着钻孔深度的增加,钻孔的累计抽采总量也相应增加,说明增加钻孔长度对提高抽采效果是可行的。在煤矿井下实施千米钻孔后,既可大幅度减少抽采巷道工程量,并能实现大面积预抽。
钻孔在第2年末的总累计抽采量与第1年末相比增加了14%~28%,而在800d时的总累计抽采量与第2年末的相比仅增加了1%左右。由此可得出,钻孔的合理抽采时间以1~2年为宜。
大宁矿首采面长500m、宽320m,于2003年开始实施千米钻机枝状长钻孔,钻孔间距15m左右(共计12个孔、34个水平分支),钻孔深度为500m左右、钻进总进尺11000m,抽采时间为2.0年。经考察单孔平均总抽采量为1.0Mm3。首采面的煤层气含量为14m3/min,由此计算首采面的预抽率为51.44%;2005年矿井煤层气涌出量为184.8m3/min、其中抽采量为130m3/min,矿井煤层气抽采率为70.35%。
三、瓦斯灾害监测技术
瓦斯灾害监测是及时发现瓦斯灾害隐患的关键手段,主要包括传感器技术和监控网络系统两部分。
1.红外瓦斯传感器技术。红外瓦斯传感器主要利用瓦斯气体对某一特定波长红外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在一确定关系,通过测定特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓度值的原理进行工作。
对研制的红外传感器进行的测试结果为:瓦斯浓度为0~5%之间时,最大绝对误差为0.06%CH4,最大线性度偏离0.06%,平均响应时间7秒48,0~40℃温度变化时显示误差为±0.02%CH4,为期10天稳定性试验零点漂移最大为0.01%,显然具有较好的性能。实际上红外瓦斯传感器能够测量0~100%CH4的测量范围。
2.宽带监控系统。KJ90分布式网络化煤矿综合监控系统主干传输平台即采用了基于IP的工业以太网通信技术,将地面以太网技术直接延伸至煤矿井下环境,为矿井构筑了先进、可靠、标准、高速、宽带、双向的综合信息传输平台,使得矿山安全和综合自动化系统的各种监控设备、自动化过程控制设备、语音通讯设备、图象监控设备等都以IP方式接入。并与煤矿企业的Internet/Intranet整体架构实现无缝连接。
四、瓦斯灾害预警技术
瓦斯灾害的有效预防与矿井