峻德煤礦33號煤層瓦斯抽采半徑測定與研究

梁德

摘 要：隨著采掘深度的增加，礦井的突出危險(xiǎn)性日益嚴(yán)重。有效抽放半徑直接關(guān)系到預(yù)抽鉆孔密度和預(yù)抽時(shí)間的長短。因此，確定鉆孔的有效抽采半徑對正確設(shè)計(jì)抽放鉆孔方法、數(shù)目以及抽采效果都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。其次是在此基礎(chǔ)上逐步總結(jié)出比較適合本礦井實(shí)際條件的瓦斯預(yù)測技術(shù)及其指標(biāo)體系，并力求加以應(yīng)用、推廣；最后達(dá)到跟蹤采掘進(jìn)程及時(shí)制定出有效安全措施的目的。

關(guān)鍵詞：煤礦；煤層瓦斯；有效抽采半徑

1 概況

鶴崗礦業(yè)峻德煤礦為年產(chǎn)300萬t的大型礦井，位于鶴崗礦區(qū)最南端，北與興安煤礦為鄰，南北走向長5.6km，東西傾斜寬3.5km，井田面積19.60km2。開采的煤層有3、9、11、17、21、22-1、23、27-1、28、30、33-1層共11個(gè)煤層。礦井瓦斯涌出量較大，礦井總回風(fēng)量24560m3/min，通風(fēng)負(fù)壓220mmH2O，通風(fēng)等積孔為10.57m2。礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，通風(fēng)能力滿足生產(chǎn)需要。

33-1號煤層：距31號煤層64～75m，煤層厚1.6～7.87m，夾矸3～5層，為0.09～0.45m的炭頁巖及凝灰?guī)r，煤種為QM，中灰份。煤層產(chǎn)狀：93°∠34°。偽頂為0.4～1.62m的炭質(zhì)泥巖或薄煤與炭頁巖互層，全區(qū)發(fā)育；直接頂為6m的灰黑色粉砂巖，以粉砂質(zhì)為主；老頂為30m的白色中砂巖，較硬，無層理；底板為2m的灰色粉砂巖，以粉砂質(zhì).泥質(zhì)為主。

2 確定33號煤層瓦斯抽采半徑方法

隨著礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的不斷提高，相應(yīng)的安全管理和決策工作也必將面臨更加嚴(yán)重的考驗(yàn)。首先是現(xiàn)場工程技術(shù)人員從意識上要更加重視對突出煤層瓦斯賦存、運(yùn)移、涌出特征及煤與瓦斯突出規(guī)律的分析與掌握；其次是在此基礎(chǔ)上逐步總結(jié)出比較適合本礦井實(shí)際條件的瓦斯預(yù)測技術(shù)及其指標(biāo)體系，并力求加以應(yīng)用、推廣；最后達(dá)到跟蹤采掘進(jìn)程及時(shí)制定出有效安全措施的目的，鑒于此，開展了“峻德煤礦33煤層穿層鉆孔瓦斯抽采半徑測定”工作。

煤層瓦斯影響抽采半徑的確定方法為：鉆孔抽采是煤體在負(fù)壓作用下的瓦斯排放，其鉆孔的瓦斯抽采量即為煤體瓦斯含量的減小量，當(dāng)鉆孔的壓力觀測參數(shù)下降10%時(shí)，即表明該測量孔處于鉆孔的抽采影響范圍內(nèi)。

煤層瓦斯有效抽采半徑的確定方法（有效性指標(biāo)）為：抽采鉆孔影響范圍內(nèi)殘余瓦斯壓力小于0.74MPa，且預(yù)抽率大于30%為指標(biāo)，瓦斯壓力下降超過51%[1]。

鉆孔測試法以壓力指標(biāo)來測定鉆孔的有效抽采半徑：首先打一排鉆孔，如圖1所示：1、2、3、4、5、6均為測壓孔，在6號孔一側(cè)打抽放鉆孔7。鉆孔見煤點(diǎn)之間的距離為1米；打完后在測壓孔上安裝壓力表，再將測壓孔封閉嚴(yán)密。待測壓孔壓力表穩(wěn)定后，對7號孔進(jìn)行抽采，定期觀察測壓孔的瓦斯壓力。如果壓力表顯示的瓦斯壓力符合有效性指標(biāo)，則距抽采鉆孔最遠(yuǎn)有效距離就是鉆孔的有效抽采半徑。

地點(diǎn)在峻德三水平南翼皮帶大巷20號硐室，布置抽采半徑鉆孔7個(gè)，對33-1層煤進(jìn)行瓦斯抽采半徑測試。該硐室在門25點(diǎn)前20m。

技術(shù)要求：孔徑94mm，孔與孔間距為0.4m，開孔高度為1.2m，鉆孔個(gè)數(shù)7個(gè)，每個(gè)方位1個(gè)孔，按7個(gè)方位呈扇形布置，按7、6、5、4、3、2、1號孔依次施工。所有鉆孔從33號煤層頂板巖巷穿過煤層并進(jìn)入底板。封孔采用2英寸鋼管作為封孔管，封孔材料采用普通硅酸鹽水泥，利用BFK型封孔泵封孔，封孔長度為12m。1-6號孔安裝壓力表，7號孔上球門，待壓力表穩(wěn)定后，7號孔對抽。防突辦詳細(xì)記錄抽采參數(shù)及測壓孔瓦斯壓力變化的情況。

鉆孔在預(yù)抽煤層瓦斯時(shí)，在煤層瓦斯壓力和抽采負(fù)壓的共同作用下，鉆孔周圍煤體的瓦斯不斷進(jìn)入鉆孔被抽走，形成以鉆孔為軸心的類似圓柱的抽采影響范圍，抽采影響范圍的半徑稱之為抽采影響半徑；隨著抽采時(shí)間的延長，抽采影響半徑會逐漸加大，鉆孔的有效抽采半徑是指在規(guī)定的抽采時(shí)間內(nèi)鉆孔抽采瓦斯的有效影響范圍。

3 有效抽采半徑分析

隨著采掘深度的增加，由于有些保護(hù)層不可采，使具有開采保護(hù)層條件的突出礦井越來越少，同時(shí)礦井的突出危險(xiǎn)性日益嚴(yán)重。峻德煤礦防止煤與瓦斯突出的局部措施目前是以預(yù)抽煤層瓦斯為主。有效抽放半徑是該措施的一個(gè)重要參數(shù)，直接關(guān)系到預(yù)抽鉆孔密度和預(yù)抽時(shí)間的長短。因此，確定鉆孔的有效抽放半徑對正確設(shè)計(jì)抽放鉆孔方法、數(shù)目以及抽放效果都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為了確定合理的鉆孔間距，應(yīng)首先知道鉆孔的有效抽放半徑。鉆孔的有效抽放半徑是指在規(guī)定的抽放時(shí)間內(nèi)鉆孔抽放瓦斯的有效影響范圍?？筛鶕?jù)不同抽放時(shí)間的影響距離和鉆孔的不同瓦斯壓力情況下的瓦斯抽放量確定抽放鉆孔合理間距。而鉆孔間距選擇的合理性，對提高煤層的瓦斯抽放率是有作用的。由于每個(gè)鉆孔在某一流動(dòng)時(shí)間內(nèi)都有自己控制的一個(gè)瓦斯流場，所以只有在流動(dòng)場內(nèi)相互不受干擾時(shí)增加鉆孔密度，才能經(jīng)濟(jì)有效的提高煤層瓦斯抽放量。最佳鉆孔間距與鉆孔流動(dòng)場的控制范圍有關(guān)。對于低透氣性煤層，每個(gè)鉆孔所控制的瓦斯流動(dòng)場的范圍是很小的，隨著時(shí)間的增長，流動(dòng)場的擴(kuò)展范圍也很小，在這種情況下，縮小鉆孔間距對提高瓦斯抽放率效果較顯著而且當(dāng)鉆孔密度達(dá)到一定程度時(shí)，對煤層還能起到增加卸壓作用。

煤層是孔隙-裂隙介質(zhì)，其中充滿微小的孔隙。實(shí)際上，當(dāng)石門或鉆孔揭穿煤層時(shí)，煤層中瓦斯的流動(dòng)是不穩(wěn)定的，這種不穩(wěn)定流動(dòng)需經(jīng)過一定時(shí)間后才能趨于穩(wěn)定。

有效抽采半徑是指在規(guī)定的抽采時(shí)間內(nèi)，在該半徑范圍內(nèi)瓦斯壓力或者瓦斯含量降到安全指標(biāo)值以下。鉆孔間距應(yīng)小于或等于鉆孔有效抽采半徑的2倍。鉆孔的抽采半徑是抽采瓦斯時(shí)間、最大瓦斯壓力和煤層透氣性系數(shù)的函數(shù)。在不同的抽采時(shí)間時(shí)鉆孔周圍瓦斯壓力越來越接近原始瓦斯壓力值；隨著抽采時(shí)間的增加，抽采半徑也逐漸擴(kuò)大，但是抽采半徑增大的速度越來越??；到達(dá)某一臨界時(shí)間時(shí)，抽采半徑已經(jīng)接近極限值，此后，再延長抽采時(shí)間是無意義的。

由圖2可以看出，6號孔抽采31天（4月23日）后壓力不再下降，壓力達(dá)到平衡，也就是說33號煤層抽采31天的抽采半徑是1m，5號孔抽采60天后壓力不再下降，壓力達(dá)到平衡，33號煤層抽采60天的抽采半徑是2m，4號孔抽采70天后壓力不再下降，壓力達(dá)到平衡，33號煤層抽采70天的抽采半徑是3m，3號孔抽采90天后壓力不再下降，壓力達(dá)到平衡，33號煤層抽采90天的抽采半徑是4m，1、2號孔壓力沒有達(dá)到有效抽采半徑的確定方法。由圖上可以得出33號煤層抽采90天的抽采半徑是4m。

從圖上還能看出，抽采半徑>4m以后，隨著時(shí)間的增加，抽采的效果不會有大的改變。而抽采半徑在1～4m之間時(shí)，煤層瓦斯壓力能在90天的抽采時(shí)間內(nèi)降低到安全壓力以下，完全能到達(dá)我們抽采的目的。這主要是因?yàn)閷?shí)施密集鉆孔能夠在較短的時(shí)間內(nèi)起到對煤層泄壓的作用，迅速降低煤層原始壓力，使相鄰鉆孔之間的煤層受到擾動(dòng)。尤其在煤層原始透氣性差的情況下，更要實(shí)施密集鉆孔，提高煤層透氣性。而抽采半徑太大，則完全起不到相應(yīng)的效果。

4 結(jié)語

隨著抽采時(shí)間的延長，瓦斯抽采壓力的變化率逐漸減小，但在條件允許（如生產(chǎn)接替不緊張和抽采系統(tǒng)有足夠的冗余）時(shí)，用延長抽采時(shí)間的方法來提高瓦斯抽采率還是較為經(jīng)濟(jì)的。通過測試33號煤層瓦斯抽采半徑與抽采時(shí)間關(guān)系密切，抽采時(shí)間大于90天，有效抽采半徑4m；根據(jù)實(shí)測情況該區(qū)域33號煤層采用密集鉆孔的方法實(shí)施穿層鉆孔，抽采鉆孔間距4～8m。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹新奇.瓦斯抽放鉆孔有效抽放半徑的測定.煤炭工程[J].2009（9）：88-90endprint