基于瓦斯含量法的順層鉆孔抽采影響半徑研究

錢恒峰

（中煤能源新疆鴻新煤業(yè)有限公司，新疆 昌吉 831100）

預抽煤層瓦斯是煤礦解決瓦斯災害的主要措施之一，其中順層鉆孔抽采是目前最常用的抽采技術手段。抽采鉆孔間距的大小直接影響煤層瓦斯抽采效果，抽采鉆孔間距過大，鉆孔之間形成抽采盲區(qū)，在規(guī)定時間內(nèi)達不到抽采效果；抽采鉆孔間距過小，容易造成資源的浪費，不經(jīng)濟且效果不佳[1-4]。本煤層抽采鉆孔間距確定依據(jù)是通過抽采半徑考察，將抽采半徑2 倍作為本煤層順層鉆孔間距。因此，開展抽采半徑考察工作對本煤層瓦斯抽采技術實施至關重要[5]。本文采用瓦斯含量法對煤層順層鉆孔抽采影響半徑進行考察，旨在獲得抽采影響半徑與抽采時間關系，起到指導現(xiàn)場瓦斯抽采的目的。

1 工程概況

寺家莊礦15 號煤層，屬于全區(qū)穩(wěn)定可采厚煤層，煤層厚度為3.1～8.65 m，平均5.67 m。煤層底板為炭質(zhì)泥巖，頂板為砂質(zhì)泥巖，煤層地質(zhì)簡單。瓦斯流量衰減系數(shù)為0.031 1～0.049 7 d-1，煤層透氣性系數(shù)為0.128 79～0.153 34 m2/MPa2·d，瓦斯含量介于9.16～13.28 m3/t 之間。

礦井中央風井廣場建有一座地面瓦斯抽采泵站，采用本煤層、鄰近層和采空區(qū)抽放的綜合瓦斯抽放方法。泵站內(nèi)共安裝10 臺瓦斯抽放泵，其中本煤層抽放配備8 臺水環(huán)式真空泵，鄰近層系統(tǒng)配備2 臺羅茨真空泵，總裝機能力為6 197.2 m3/min，運行能力為3 123.6 m3/min。

2 瓦斯含量法

2.1 瓦斯含量法原理

當使用瓦斯含量法進行測定時，首先要進行考察區(qū)域內(nèi)煤體原始瓦斯含量的測定，將特定孔徑的抽采鉆孔在考察區(qū)域內(nèi)施工，最后進行封孔并進行瓦斯抽采。抽采一段時間后，運用直接測定法進行考察區(qū)域瓦斯含量的測定，當測定的瓦斯含量降到臨界值時，將此時瓦斯含量降低地點至抽采鉆孔的距離作為一定抽采時間內(nèi)的有效抽采半徑。

按照《煤礦安全規(guī)程》要求，煤層的預抽抽采率應該大于30%，因此在考察抽采半徑時應保證抽采率大于30%。當抽采率大于30%時，將煤層瓦斯含量下降30%的等量線位置到鉆孔的距離稱為鉆孔有效抽采半徑，將煤層瓦斯含量下降10%的位置到鉆孔的距離稱為鉆孔抽采影響半徑。

2.2 抽采影響半徑實施步驟

根據(jù)寺家莊煤礦井下巷道實際布置情況，選擇在北翼帶式輸送機巷300 m 處實施抽采半徑考察，鉆孔布置如圖1。施工步驟如下：

圖1 抽采鉆孔布置示意圖

（1）在北翼帶式輸送機巷沿煤層走向方向垂直煤壁向煤層施工三個瓦斯抽采鉆孔，各抽采鉆孔之間相隔20 m，兩邊預留20 m 空白區(qū)域，鉆孔布置在煤層中間位置。

（2）在抽采鉆孔施工過程中，待鉆孔鉆進至30 m 時取煤樣，取樣結束后立即在井下進行解吸，升井后在實驗室解吸，得出原始瓦斯含量。

（3）當鉆孔施工完畢并且全程下套管后，采用“兩堵一注”的方法進行封孔，從孔內(nèi)10 m 處起封，封孔長度為18 m，采用FKL-1 型專用封孔水泥進行封孔，保證封孔的嚴密性。

（4）待封孔完畢后立即安設瓦斯參數(shù)觀察裝置與抽采管路連接進行抽采，保證孔口抽放負壓不低于13 kPa，每3 d 對抽采數(shù)據(jù)進行觀察一次，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

（5）連續(xù)抽采1 個月后，距離測試孔按一定的距離布置四個或五個鉆孔，分別進行瓦斯含量測定，確定鉆孔抽采影響半徑范圍。

（6）保證整個過程中測試區(qū)域不受采動影響，同時能夠保證連續(xù)抽采、抽采系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

其中抽采鉆孔孔徑為94 mm，間距20 m，孔深80 m，鉆孔與巷道夾角90°。在預抽鉆孔施工期間，測定得出的煤層瓦斯含量分別為13.315 7 m3/t、13.769 8 m3/t、13.670 9 m3/t。

瓦斯抽采鉆孔進行接抽之后，在連續(xù)抽采1、2、3、4、5、6 個月后，在抽采鉆孔周圍按照0.3 m、0.4 m、0.5 m 的間距實施檢驗鉆孔。檢驗鉆孔孔徑為75 mm，孔深70 m。瓦斯含量測定結果見表1。

表1 校檢瓦斯含量測定結果

2.3 抽采影響半徑分析

通過表1 發(fā)現(xiàn)：連續(xù)抽采1 個月之后，距離1#鉆孔0.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m 處的瓦斯含量分別 為10.647 4 m3/t、11.914 8 m3/t、12.071 7 m3/t、12.893 3 m3/t，比原始瓦斯含量13.315 7 m3/t 降低了20.04%、10.52%、5.59%、3.17%。根據(jù)判定準則，判定1-1#、1-2#校檢孔均不在有效半徑范圍內(nèi)，但位于影響半徑范圍內(nèi)；1-3#、1-4#校檢孔不在鉆孔影響半徑范圍內(nèi)。綜上所述，當鉆孔抽采1 個月時，抽采影響半徑0.6 m ＜R ＜0.9 m，采用插值法確定抽采影響半徑為0.63 m。

連續(xù)抽采2 個月后，距1#測試孔0.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m 處的瓦斯含量分別為10.475 9 m3/t、10.728 7 m3/t、11.851 3 m3/t、12.707 8 m3/t， 比 原始瓦斯含量13.315 7 m3/t 降低了21.33%、19.43%、11.00%、4.57%。因此，可以判定2-1#、2-2#、2-3#校檢孔在鉆孔影響半徑范圍內(nèi)；2-4#校檢孔不在鉆孔影響半徑范圍內(nèi)。綜上所述，當鉆孔抽采2 個月時，鉆孔有效抽采半徑為抽采影響半徑0.9 m＜r＜1.2 m，采用插值法確定抽采影響半徑為0.95 m。

連續(xù)抽采3 個月后，距離2#測試孔0.4 m、0.8 m、1.2 m、1.6 m 位置的瓦斯含量分別為10.831 9 m3/t、11.711 7 m3/t、12.365 7 m3/t、13.593 5 m3/t，比 原 始瓦斯含量13.769 8 m3/t 降低了21.34%、14.95%、10.20%、1.28%。因此，可以判定3-1#、3-2#、3-3#校檢孔不在有效半徑范圍內(nèi)，但都位于影響半徑范圍內(nèi)；3-4#校檢孔不在影響半徑范圍內(nèi)。綜上所述，當鉆孔抽采3個月時，鉆孔抽采影響半徑為1.2 m＜R＜1.6 m，采用插值法確定抽采影響半徑為1.21 m。

連續(xù)抽采4 個月、5 個月、6 個月采取上述相同的方法分析。當鉆孔抽采4 個月時，鉆孔抽采影響半徑1.2 m ＜R ＜1.6 m，采用插值法確定抽采影響半徑為1.57 m；當鉆孔抽采5 個月時，鉆孔抽采影響半徑1.5 m ＜R ＜2.0 m，采用插值法確定抽采影響半徑為1.84 m；鉆孔抽采6 個月時，鉆孔瓦斯抽采影響半徑2.0 m ＜R ＜2.5 m，采用插值法確定抽采影響半徑為2.09 m。

瓦斯抽采影響半徑隨時間變化如圖2。

通過圖2 看出：15 號煤層抽采影響半徑隨著抽采時間增加而增大，抽采影響半徑與抽采時間之間的關系可以表示為y=0.061 2x0.6758。式中：y為抽采影響半徑，m；x為抽采時間，d。

圖2 抽采影響半徑與時間關系

3 結論

通過選用瓦斯抽采半徑測定常用的瓦斯含量法對寺家莊煤礦15 號煤層進行了抽采影響半徑的分析，得到抽采影響半徑與抽采時間的關系為y=0.061 2x0.6758。通過抽采影響半徑與抽采時間關系方程，根據(jù)不同煤礦實際情況選擇合理的抽采時間進而確定抽采半徑，能夠為礦井瓦斯治理工作提供重要的價值信息。