殘余瓦斯含量法在測定瓦斯抽采有效半徑中的應(yīng)用研究

公衍偉，姬鵬錦，韓真理，解慶雪

(1.貴州省礦山安全科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550025；2.貴州林華礦業(yè)有限公司，貴州 畢節(jié) 551170)

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殘余瓦斯含量法在測定瓦斯抽采有效半徑中的應(yīng)用研究

公衍偉1，姬鵬錦2，韓真理1，解慶雪1

(1.貴州省礦山安全科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550025；2.貴州林華礦業(yè)有限公司，貴州 畢節(jié) 551170)

根據(jù)瓦斯抽采有效半徑測定方法的研究現(xiàn)狀及各種方法優(yōu)缺點的分析結(jié)果，提出殘余瓦斯含量法測定抽采有效半徑，并以林華煤礦9號煤層為例進(jìn)行了現(xiàn)場測定，得到不同抽采時間對應(yīng)的抽采有效半徑，為合理布置抽采鉆孔間距提供了科學(xué)依據(jù)，提高了瓦斯抽采效率，降低瓦斯抽采成本。

殘余瓦斯含量法；瓦斯抽采；有效半徑

目前，我國煤礦安全生產(chǎn)得到了長足發(fā)展，煤礦安全形勢也進(jìn)一步好轉(zhuǎn)，瓦斯事故也得到了進(jìn)一步抑制，但瓦斯災(zāi)害依然嚴(yán)重，瓦斯問題仍然是威脅煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。實踐證明，解決瓦斯問題最有效的方法就是預(yù)抽煤層瓦斯，瓦斯抽采鉆孔的合理布置及抽采時間又是預(yù)抽煤層瓦斯的關(guān)鍵，這將直接影響煤層瓦斯抽采的效果，進(jìn)而影響整個礦井的安全生產(chǎn)[1]。鉆孔間距太小，則會出現(xiàn)“串孔”現(xiàn)象，降低瓦斯抽采效率，浪費大量的人力、物力；鉆孔間距太大，則會在兩抽采鉆孔之間形成抽采盲區(qū)，無法徹底消除煤層的突出危險性。另外，抽采有效半徑也是對煤層瓦斯抽采效果進(jìn)行評價的必要依據(jù)，抽采時間過長，造成物力的浪費；抽采時間過短，達(dá)不到消突的目的。因此，確定鉆孔瓦斯抽采有效半徑對于提高瓦斯抽采效率、保證煤礦安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義[2]。

1　抽采有效半徑的概念

瓦斯抽采半徑一般分為瓦斯抽采影響半徑和瓦斯抽采有效半徑。抽采影響半徑主要衡量瓦斯抽采鉆孔抽采能夠影響的最大范圍，即在一定抽采條件和抽采時間下煤層原始瓦斯壓力開始下降的點到抽采鉆孔中心點的距離。抽采有效半徑主要是衡量在抽采鉆孔影響下達(dá)到消突或者滿足相關(guān)規(guī)定要求的有效距離，即在一定抽采條件和抽采時間下煤層瓦斯含量或壓力降到滿足相關(guān)規(guī)定要求的點到該抽采鉆孔中心點的最大距離。鉆孔的瓦斯抽采有效半徑主要與煤層原始瓦斯含量、瓦斯壓力、透氣性系數(shù)、抽采負(fù)壓、抽采時間等因素有關(guān)[3]。

2　抽采有效半徑研究現(xiàn)狀

根據(jù)測定方式的不同，瓦斯抽采有效半徑測定方法主要分為計算機數(shù)值模擬法、示蹤氣體法、壓降法、瓦斯解吸指標(biāo)Δh2值法。

2.1計算機數(shù)值模擬法

根據(jù)達(dá)西定律建立抽采鉆孔周圍瓦斯流動模型，根據(jù)相關(guān)規(guī)定規(guī)范及實際需要，確定瓦斯抽采的有效性指標(biāo)，編制解算程序，計算在一定的抽采條件下達(dá)到瓦斯抽采的有效性指標(biāo)所需要的時間，繪制出抽采有效半徑與抽采時間的關(guān)系曲線，進(jìn)而確定抽采鉆孔在一定抽采條件和抽采時間下的抽采有效半徑[4]。

2.2示蹤氣體法

示蹤氣體法測定抽采有效半徑鉆孔布置如圖1所示。具體測定步驟如下：首先按照設(shè)計施工注氣孔和抽采測試孔；鉆孔施工完成后分別對注氣孔和抽采測試孔封孔；待封孔材料凝固后，將SF6氣體注入到注氣孔中，然后將注氣孔閥門關(guān)閉；將抽采測試孔與瓦斯抽采系統(tǒng)連接，進(jìn)行瓦斯抽采；每隔一定的時間對抽采測試孔內(nèi)氣體進(jìn)行取氣樣分析，一直測試到每個抽采測試孔內(nèi)都檢測出SF6氣體為止；最后根據(jù)測定結(jié)果，將抽采測試孔距注氣孔的距離與相應(yīng)的抽采時間進(jìn)行回歸分析，求出在一定抽采條件和抽采時間下對應(yīng)的煤層瓦斯抽采有效半徑[5]。

a，b—注氣孔與抽采測試孔距離
圖1SF6示蹤氣體法測定抽采有效半徑鉆孔布置示意

2.3壓降法

主要考察瓦斯壓力隨預(yù)抽時間的變化情況采用回歸分析法確定有效抽采半徑與預(yù)抽時間關(guān)系。主要測試過程為：施工一排平行瓦斯壓力測定鉆孔，待瓦斯壓力穩(wěn)定后，在測壓鉆孔一側(cè)施工一個預(yù)抽鉆孔，使之與各測壓孔間有不同距離，并定期觀測各測壓孔的瓦斯壓力隨預(yù)抽時間的變化，根據(jù)預(yù)抽瓦斯有效性指標(biāo)，采用回歸分析法確定有效抽采半徑與預(yù)抽時間的關(guān)系[6-8]。

2.4瓦斯解吸指標(biāo)Δh2值法

采用瓦斯解吸指標(biāo)Δh2，通過分析瓦斯抽放鉆孔周圍煤體的瓦斯流動規(guī)律，確定瓦斯抽采有效半徑。具體步驟為：首先施工一個抽采鉆孔，鉆孔施工時測定Δh2值，施工完成后封孔并連管抽采，在抽采一定時間后，在抽放鉆孔旁平行施工與抽放鉆孔不同間距的測試鉆孔并測定抽放后煤體的Δh2值，然后根據(jù)測定數(shù)據(jù)分析得到在抽采一定時間下的瓦斯抽采有效半徑[9]。

以上幾種測定方法在一定程度上滿足了生產(chǎn)實踐的需要，但是，計算機模擬法對技術(shù)工程人員技術(shù)要求比較高，而且不同區(qū)域的瓦斯賦存規(guī)律不同，特別是在煤層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的礦區(qū)，測定結(jié)果誤差較大；示蹤氣體法測定有效半徑只能夠?qū)Τ椴摄@孔抽采影響程度的大小進(jìn)行分析，有效性分析還需要進(jìn)一步確定；壓降法對封孔質(zhì)量要求比較高，且順層鉆孔可能由于封孔效果不佳而無法測試，而且即使在同一個地方施工測壓鉆孔，有時測定出的瓦斯壓力結(jié)果差異比較大[10]；瓦斯解吸指標(biāo)Δh2值法能夠測定瓦斯抽采有效半徑，但很多礦區(qū)對Δh2值指標(biāo)不敏感。綜上，提出殘余瓦斯含量法測定煤層瓦斯抽采有效半徑的方法。

3　殘余瓦斯含量法測定抽采有效半徑

3.1測定原理

抽采鉆孔在預(yù)抽煤層瓦斯時，在抽采負(fù)壓和煤層瓦斯壓力的作用下，鉆孔周圍煤體的瓦斯不斷進(jìn)入抽采鉆孔被抽走，形成以抽采鉆孔中心線為軸心的類似圓形的抽采影響圈，隨著抽采時間的積累，抽采影響圈內(nèi)的瓦斯不斷被抽走，瓦斯含量不斷降低，抽采一定時間后，在抽采鉆孔周邊會形成一個以抽采鉆孔中心線為軸心的類似圓形的瓦斯含量梯度圈，在抽采鉆孔周邊不同距離地點布置取樣鉆孔測定煤層殘余瓦斯含量，抽采鉆孔中心距煤層殘余瓦斯含量低于8m3/t的點的最大距離為該抽采鉆孔的抽采有效半徑[11-13]。

3.2測定步驟

用于測定抽采有效半徑的抽采鉆孔應(yīng)布置在煤層較為完好、無斷層、無破碎帶的地點。具體測定步驟為：

(1)鉆孔施工完成后，封孔并連管抽采，抽采過程中要保持抽采負(fù)壓的穩(wěn)定。

(2)抽采一定時間后，在距抽采鉆孔的不同距離處施工鉆孔取樣測定煤層殘余瓦斯含量，鉆孔布置如圖2所示。

a，b，c，d-抽采鉆孔與取樣鉆孔距離圖2　殘余瓦斯含量法測定抽采有效半徑取樣鉆孔布置示意

(3)根據(jù)測定殘余瓦斯含量結(jié)果繪制擬合曲線，計算殘余瓦斯含量為8m3/t的點到抽采鉆孔的距離，得到在一定抽采時間和抽采條件下的瓦斯抽采有效半徑。

4　現(xiàn)場實際應(yīng)用及結(jié)果分析

林華煤礦位于貴州省金沙縣境內(nèi)，設(shè)計生產(chǎn)能力1.5Mt/a，礦井首采9號煤層，為突出煤層。根據(jù)現(xiàn)場實際抽采情況以及抽采有效半徑測定原理，分別在20912回風(fēng)巷380m處、350m處和300m處布置抽采鉆孔，并對9號煤層順層鉆孔預(yù)抽30d，70d，100d的抽采有效半徑進(jìn)行了測定。根據(jù)現(xiàn)場實際測定數(shù)據(jù)，進(jìn)行曲線擬合，具體結(jié)果見圖3。

圖3　抽采不同時間順層抽采鉆孔周邊殘余瓦斯含量分布曲線

由圖3可知，順層抽采鉆孔抽采30d，抽采鉆孔中心距煤層殘余瓦斯含量低于8m3/t的點的最大距離為0.5m；順層抽采鉆孔抽采70d，抽采鉆孔中心距煤層殘余瓦斯含量低于8m3/t的點的最大距離為1.5m；順層抽采鉆孔抽采100d，抽采鉆孔中心距煤層殘余瓦斯含量低于8m3/t的點的最大距離為2.5m。

綜合以上分析結(jié)果可知：林華煤礦9號煤層順層抽采鉆孔在抽采鉆孔孔徑為75mm、抽采負(fù)壓不低于13kPa的抽采條件下，抽采30d有效半徑為0.5m，抽采70d有效半徑為1.5m，抽采100d有效半徑為2.5m；在相同抽采條件下，抽采時間不同，對應(yīng)抽采有效半徑不一樣，隨著抽采時間增長，抽采有效半徑在一定范圍內(nèi)會逐步增大。

5　結(jié)　論

(1)根據(jù)目前瓦斯抽采有效半徑測定方法的研究現(xiàn)狀，提出了殘余瓦斯含量測定煤層抽采有效

半徑的方法，操作性強，測定結(jié)果準(zhǔn)確，為抽采有效半徑測定提供了一種新的測定方法。

(2)在相同抽采條件下，抽采時間不同，對應(yīng)抽采有效半徑不一樣，隨著抽采時間增長，抽采有效半徑在一定范圍內(nèi)會逐步增大，煤礦可以根據(jù)開拓開采計劃合理布置抽采鉆孔間距，提高煤礦瓦斯抽采效率，降低瓦斯抽采成本，對礦井的安全高效生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。

[1]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1992.

[2]劉華鋒，陳輝.順層鉆孔瓦斯抽采半徑確定及抽采效果考察研究[J].中國煤炭，2013，39(6)：83-86.

[3]楊相玉，楊勝強，路培超.順層鉆孔瓦斯抽采有效半徑的理論計算與現(xiàn)場應(yīng)用[J].煤礦安全，2013，44(3)：5-13.

[4]周紅星，程遠(yuǎn)平，謝戰(zhàn)良.計算機模擬確定瓦斯抽放有效半徑的方法[J].能源技術(shù)與管理，2005，30(4)：81-82.

[5]陳金玉，馬丕梁.SF6氣體示蹤法測定鉆孔瓦斯抽放有效半徑[J].煤礦安全，2008，39(9)：23-25.

[6]曹新奇，辛海會，徐立華，等.瓦斯抽放鉆孔有效抽放半徑的測定[J].煤炭工程，2009，41(9)：88-90.

[7]趙楠，季淮君，李雨佳.關(guān)于測定煤層瓦斯抽放影響半徑的試驗研究[J].江西煤炭科技，2011(3)：13-15.

[8]李曉.平煤一礦瓦斯抽放鉆孔有效抽放半徑的研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012，27(3)：110-111，114.

[9]陳彝龍，鄒云輝，鐘勇林.采用瓦斯流場理論確定鉆孔瓦斯抽采有效影響半徑[J].江西煤炭科技，2009(10)：99-100.

[10]劉三鈞，馬耕，盧杰，等.基于瓦斯含量的相對壓力測定有效半徑技術(shù)[J].煤炭學(xué)報，2011，36(3)：1715-1719.

[11]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)[S].北京:煤炭工業(yè)出版社，2006.

[12]國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[13]王偉斌.瓦斯流量法在測定煤層瓦斯抽放影響半徑中的應(yīng)用[J].中州煤炭，2012(3)：12-13，70.

[責(zé)任編輯：施紅霞]

Application Studying of Gas Extraction Effective Radius Measure with Residual Gas Content Method

GONG Yan-wei1，JI Peng-jin2,HAN Zhen-li1,XIE Qing-xue1

(1.Guizhou Mine Safety Science Research Institute，Guiyang 550025，China;2.Guizhou Linhua Mine Co.，Ltd.，Bijie 551170，China)

According analysis results of research status of gas extraction effective radius assay method and merits and demerits of all kinds methods，and gas extraction effective radius with residual gas content method measured was put forward，and it taking No.9 coal seam of Linhua coal mine as example，then extraction effective radius that correspond with different extraction time，it referenced for reasonable layout of gas extraction holes space，gas extraction efficiency was improved obviously，and then extraction cost was reduced.

residual gas content method；gas extraction；effective radius

2016-03-03

“十二五”國家科技支撐計劃資助項目(2012BAK04B07)；貴州省社會發(fā)展攻關(guān)計劃資助項目(黔科合SY[2010]3036)

公衍偉(1987-)，男，山東臨沂人，工程師，碩士，研究方向為煤與瓦斯突出危險性預(yù)測及瓦斯災(zāi)害治理。

TD712.3

A

1006-6225(2016)05-0089-03

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.05.025

[引用格式]公衍偉，姬鵬錦，韓真理，等.殘余瓦斯含量法在測定瓦斯抽采有效半徑中的應(yīng)用研究[J].煤礦開采，2016，21(5)：89-91.