瓦斯抽放半徑測定方法在平溝煤礦的實(shí)踐與應(yīng)用

邢玉強(qiáng)

(內(nèi)蒙古烏海市神華烏海能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 016000)

瓦斯抽放半徑測定方法在平溝煤礦的實(shí)踐與應(yīng)用

邢玉強(qiáng)

(內(nèi)蒙古烏海市神華烏海能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 016000)

本文詳細(xì)地介紹了相對瓦斯壓力測定法測定瓦斯抽放半徑的工作原理，并利用相對瓦斯壓力測定法對平溝煤礦1606綜采工作面的瓦斯抽放鉆孔的瓦斯抽放半徑進(jìn)行了測定，通過現(xiàn)場測定確定了鉆孔的瓦斯抽放半徑，為順層瓦斯抽放鉆孔間距的設(shè)計(jì)提供了合理依據(jù)，確保了工作面的安全生產(chǎn)。

瓦斯抽放半徑 測定 實(shí)踐與應(yīng)用

Abstract:The paper described in detail the working principles for determining gas drainage radius by using the relative gas pressure determination method．The author made use of this method to determine the gas drainage radius in No.1606 fully mechanized face in Pinggou coal mine．The in-situ measurement determined the gas drainage radius of the borehole，which provided rational criterion for design of spacing of the gas drainage boreholes drilled along the workface，and ensured safe production of the work face．

Keywords:Gas drainage radius;determination;practice and application

1 概況介紹

神華集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司平溝煤礦坐落在內(nèi)蒙古烏海市海渤灣區(qū)卡布其，礦井核定生產(chǎn)能力為1.2Mt/a;該礦通風(fēng)方式為分區(qū)抽出式通風(fēng)，每個(gè)盤區(qū)在淺部開一個(gè)回風(fēng)井。該礦采用兩井筒進(jìn)風(fēng)，即一、二號副井同時(shí)入風(fēng)，各盤區(qū)上山回風(fēng)。平溝煤礦的礦井絕對瓦斯涌出量為44.275m3/min，根據(jù)2010年新出版的《煤礦安全規(guī)程》第一百三十三條規(guī)定:“礦井的相對瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3/min時(shí)就是高瓦斯礦井”可以判定平溝煤礦為高瓦斯礦井，另外平溝煤礦16#煤層的透氣性系數(shù)為0.129～0.611m2/MPa2.d屬于低透氣性煤層;該礦為了增加煤層的透氣性提高瓦斯抽放效率在16#煤層的1606綜采工作面實(shí)施順層瓦斯抽放鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯。在進(jìn)行預(yù)抽煤層瓦斯時(shí)鉆孔的瓦斯抽放半徑如何確定始終是困擾瓦斯抽放設(shè)計(jì)的一個(gè)技術(shù)難題，最后運(yùn)用相對瓦斯壓力測定法來測定瓦斯抽放半徑收到了較好的效果。

2 相對瓦斯壓力測定法測定瓦斯抽放半徑的工作原理及其具體應(yīng)用

2.1 相對瓦斯壓力測定法的工作原理

圖1 測試鉆孔布置圖

相對瓦斯壓力測定法的理論依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定:預(yù)抽煤層瓦斯后，必須對預(yù)抽瓦斯防治突出效果進(jìn)行檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)的指標(biāo)之一是煤層瓦斯預(yù)抽率大于30%，即抽放后的瓦斯含量小于抽放前的70%以上。在保證工業(yè)應(yīng)用誤差允許前提下，瓦斯壓力P和瓦斯含量X存在著一個(gè)拋物線關(guān)系。

首先提出用拋物線方程來近似取代煤層瓦斯含量曲線，即:

式中X——煤層瓦斯含量，m3/t;

α——煤層瓦斯含量系數(shù)，m3/(t·MPa1/2);

P——煤層瓦斯壓力，MPa。

因此，抽放前后瓦斯含量降低的比例和瓦斯壓力降低的比例也是存在拋物線關(guān)系的。如果煤層預(yù)抽率為30%，即殘余瓦斯含量為原始瓦斯的70%，通過計(jì)算知此時(shí)殘余瓦斯壓力為原始瓦斯壓力值的49%，瓦斯壓力下降量為51%。相對壓力指標(biāo)法測定鉆孔的有效半徑就是依據(jù)這個(gè)原理來進(jìn)行的。首先在煤層打一排測壓孔，如圖1所示，在每個(gè)測壓孔裝上壓力表，記錄每個(gè)測壓孔的原始壓力P1、P2、P3……Pn;然后進(jìn)行抽放。觀察各個(gè)測壓孔瓦斯變化情況，將瓦斯壓力下降到穩(wěn)定壓力10%以上的鉆孔視為抽放影響范圍內(nèi)鉆孔，將距抽放鉆孔最遠(yuǎn)的一個(gè)抽放影響范圍內(nèi)鉆孔到抽放鉆孔的距離視為抽放影響半徑。定期觀察每個(gè)測壓孔的瓦斯壓力P'1、P'2、P'3……P'n。根據(jù)每個(gè)測壓孔的原始壓力和抽放后的壓力，可以得到每個(gè)測壓孔的預(yù)抽率。如果a(a=1、2、3……n)號孔以及a號孔之前的每個(gè)測壓孔的瓦斯壓力下降量都大于或等于51%，而a號孔之后的測壓孔都小于51%，那么d=d1+d2+d3+……+da－1，這里的d就是鉆孔的有效抽放半徑。因此，確定鉆孔瓦斯抽放影響半徑的指標(biāo)為瓦斯壓力下降10%以上，確定抽放有效半徑的指標(biāo)為瓦斯壓力下降51%以上。

2.2 相對瓦斯壓力指標(biāo)法測定瓦斯抽放半徑的方法和具體步驟

2.2.1 相對瓦斯壓力指標(biāo)法所需設(shè)備和資料

(1)鉆機(jī)一臺，φ75mm鉆桿25m，φ94mm三翼合金鉆頭3個(gè);

(2)測定瓦斯壓力的壓力表8個(gè)，U型壓差計(jì)3個(gè)，乳膠管適量;

(3)封孔使用的φ50mm鋼管36m(每個(gè)孔封孔長度為6m);

(4)封孔用的馬麗散800kg;

(5)高濃度瓦斯檢定器2臺;

(6)煤氣表2個(gè)，連接抽放孔用的橡膠軟管和接頭適量，變徑擋板2個(gè);

(7)計(jì)時(shí)用表1塊，記錄本1個(gè)。

2.2.2 相對瓦斯壓力指標(biāo)法的操作步驟

(1)在1606綜采工作面回風(fēng)順槽巷道比較平直、無雜物、距離瓦斯抽放管的三通位置較近的地方開始施工1個(gè)瓦斯抽放鉆孔煤壁選定位置，然后以間距為1m的標(biāo)準(zhǔn)自抽放孔向外依次施工5個(gè)觀測孔;鉆孔的施工參數(shù)如表1所示，鉆孔布置圖如圖2所示。

圖2 鉆孔布置示意圖

(2)每打好一個(gè)孔必須立即進(jìn)行封孔，封孔后在每個(gè)孔的封孔管的外口及時(shí)安裝1個(gè)壓力表，待瓦斯壓力穩(wěn)定后及時(shí)觀測孔內(nèi)的原始瓦斯壓力，并且做好瓦斯壓力觀測記錄。

(3)當(dāng)所有鉆孔的原始瓦斯壓力測定完畢后，將抽放孔用橡膠軟管和接頭與1606回風(fēng)順槽的瓦斯抽放管相連接，開始進(jìn)行抽放試驗(yàn)。

(4)瓦斯抽放鉆孔開始帶抽后，每天安排專人對5個(gè)觀測孔內(nèi)的瓦斯壓力進(jìn)行測定，并做好詳細(xì)的觀測記錄。

(5)試驗(yàn)鉆孔的觀測時(shí)間為20～50d，觀察各個(gè)測壓孔瓦斯變化情況，將瓦斯壓力下降到穩(wěn)定壓力10%以上的鉆孔視為抽放影響范圍內(nèi)鉆孔，將距抽放鉆孔最遠(yuǎn)的一個(gè)抽放影響范圍內(nèi)鉆孔到抽放鉆孔的距離視為抽放影響半徑。定期觀察每個(gè)測壓孔的瓦斯壓力P'1、P'2、P'3……P'5。根據(jù)每個(gè)測壓孔的原始壓力和抽放后的壓力，可以得到每個(gè)測壓孔的預(yù)抽率。如果a(a=1、2、3、4、5)號孔以及a號孔之前的每個(gè)測壓孔的瓦斯壓力下降量都大于或等于51%，而a號孔之后的測壓孔都小于51%，那么d=d1+d2+d3+……+da－1，這里的d就是鉆孔的有效抽放半徑。因此，確定鉆孔瓦斯抽放影響半徑的指標(biāo)為瓦斯壓力下降10%以上，確定抽放有效半徑的指標(biāo)為瓦斯壓力下降51%以上。

表1 鉆孔施工參數(shù)表

2.3 瓦斯抽放半徑數(shù)值的確定

在最初測定觀測孔原始瓦斯壓力時(shí)發(fā)現(xiàn)1#～5#觀測孔的原始瓦斯壓力極其不穩(wěn)定，尤其是1#觀測孔最初測定的瓦斯壓力達(dá)到400Pa左右，但隨后在抽放孔沒有抽放的情況下又迅速降到負(fù)值。經(jīng)過現(xiàn)場分析和研究決定將瓦斯抽放孔甩掉，將1#觀測孔改為瓦斯抽放孔，將2#～5#孔改為1#～4#觀測孔，來觀測在抽放的情況下其瓦斯壓力的變化情況。改孔后當(dāng)瓦斯抽放鉆孔的瓦斯抽放負(fù)壓達(dá)到17kPa時(shí)觀測1#～4#觀測孔的數(shù)據(jù)如表2所示。首先我們通過觀測發(fā)現(xiàn)1#、2#、3#、4#觀測孔的原始瓦斯壓力分別為500Pa、60Pa、60Pa、0.1MPa，根據(jù)相對瓦斯壓力測定法的原理確定抽放有效半徑的指標(biāo)為瓦斯壓力下降51%以上，則當(dāng)瓦斯抽放孔開始帶抽后1#、2#、3#、4#觀測孔原始瓦斯壓力的51%的 值 分 別 為255Pa、30.6Pa、30.6Pa、0.051MPa。在瓦斯抽放孔開始帶抽的情況下我們通過現(xiàn)場實(shí)測各個(gè)觀測孔的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)1#觀測孔在2010年12月14日降到248Pa，這個(gè)數(shù)值已經(jīng)小于255Pa，這表明瓦斯抽放鉆孔的抽放半徑已經(jīng)影響到了1#觀測孔，通過現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)2#觀測孔、3#觀測孔分別于12月17日、12月20日降為負(fù)值，同理可以表明瓦斯抽放鉆孔的抽放半徑已經(jīng)影響到了2#觀測孔、3#觀測孔;我們又連續(xù)進(jìn)行了觀測發(fā)現(xiàn)4#觀測孔始終保持0.1MPa的瓦斯壓力，這就表明瓦斯抽放鉆孔的抽放有效半徑始終沒有影響到第4#觀測孔，由于我們設(shè)計(jì)的鉆孔間距為1m，抽放孔鉆孔距3#觀測孔的距離為3m，由此我們根據(jù)相對瓦斯壓力測定法確定出瓦斯抽放鉆孔的抽放半徑為3m，這樣我們設(shè)計(jì)順層抽放鉆孔的間距為6m最為合理。

表2 瓦斯壓力觀測數(shù)據(jù)表

3 結(jié)論

我們通過用相對瓦斯壓力測定法來測定順層瓦斯抽放鉆孔的抽放半徑，這就為設(shè)計(jì)順層瓦斯抽放鉆孔的瓦斯抽放間距提供了合理依據(jù)，優(yōu)化了瓦斯抽放設(shè)計(jì)，提高了采煤工作面的瓦斯抽放效率。2011年10月份平溝礦1606綜采工作面在沒有采取相對瓦斯壓力測定法優(yōu)化順層瓦斯抽放設(shè)計(jì)之前工作面上隅角瓦斯?jié)舛冉?jīng)常保持在0.8%左右，由于瓦斯的影響嚴(yán)重制約了工作面的安全生產(chǎn);采用相對瓦斯壓力測定法優(yōu)化順層瓦斯抽放設(shè)計(jì)以來工作面上隅角瓦斯?jié)舛然旧媳３衷?.2%～0.4%之間，有效地治理了采空區(qū)及上隅角的瓦斯，促進(jìn)了工作面的安全生產(chǎn)。

［1］徐永圻.采礦學(xué)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

［2］國家安全生產(chǎn)管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程 ［Z］.2010.1.25.

［3］杜澤生，羅海珠.煤礦瓦斯有效抽放半徑的測定計(jì)算方法［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37(2):59－62.

Practice and Application of Gas Drainage Radius Determination Method in Pinggou Coal Mine

Xing Yuqiang
(Inner Mongolian Wuhai City Shenhua Wuhai Energy Ltd.Co.，Inner Mongolia 016000)

邢玉強(qiáng)，男，神華烏海能源有限責(zé)任公司通風(fēng)管理部通風(fēng)科科長，主要從事“一通三防”技術(shù)管理工作。

(責(zé)任編輯 桑逢云)