羊東礦瓦斯抽采半徑考察研究

王力

摘? 要：為了考察羊東礦瓦斯抽采半徑，以合理布置抽采間距。通過壓降法測定穿層鉆孔瓦斯有效抽采半徑，同時(shí)用SF6氣體示蹤法現(xiàn)場實(shí)測了同一煤層順層鉆孔的有效抽采半徑?，F(xiàn)場測試結(jié)果表明，試驗(yàn)煤層在12kPa抽采負(fù)壓，抽采半徑6.5m時(shí)兩種抽采方式的抽采天數(shù)分別為75d，61d。穿層鉆孔的有效抽采半徑明顯小于順層鉆孔的有效抽采半徑，這對(duì)抽采設(shè)計(jì)中合理選擇鉆孔間距具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：抽采半徑;順層鉆孔;穿層鉆孔;SF6氣體示蹤;瓦斯抽采

中圖分類號(hào)：TD712? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0067-04

Abstract： In order to determine the extraction radius of Yangdong coal mine， the effective extraction radius of the drill hole through the seam was measured by the pressure drop method， and the effective extraction radius of the drill hole along the seam was measured by the SF6 gas tracing method in the field. The field test results show that the extraction days of the two methods are 75d and 61d respectively when the negative pressure is 12kPa and the extraction radius is 6.5m. The effective extraction radius of the through hole is obviously smaller than that of the along hole， which is very important for the reasonable selection of the drilling spacing in the extraction design.

Keywords： extraction radius; drilling along the layer; drilling through the layer; SF6 gas tracing; gas extraction

煤礦瓦斯抽采是降低礦井瓦斯涌出量、降低煤層瓦斯壓力以及防止煤與瓦斯突出災(zāi)害的重要技術(shù)措施[1-6]。合理布置抽采鉆孔間距是保證抽采效果的重要因素[7-8]。

地質(zhì)資料表明：羊東煤礦2#煤層透氣性系數(shù)0.18～0.82m2/（MPa2·d），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) 0.0048～0.0488d-1，屬于可抽放煤層，回采工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為10.4m3/min。

為了確定2#煤層有效抽采半徑，本次采用現(xiàn)場實(shí)測法，通過瓦斯壓力降低法對(duì)穿層鉆孔抽采半徑及SF6氣體示蹤法[10]對(duì)順層鉆孔抽采半徑隨抽采時(shí)間變化情況進(jìn)行考察，為指導(dǎo)煤礦鉆孔間距布置提供理論依據(jù)。

1 鉆孔抽采半徑的界定

《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于預(yù)抽瓦斯防治突出效果檢驗(yàn)的指標(biāo)之一是煤層瓦斯預(yù)抽率大于30%，即抽采后的瓦斯含量小于抽采前的30%以上?！睹旱V瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）規(guī)范中要求，在沒有考察出煤層始突深度的煤層瓦斯含量時(shí)，煤層瓦斯含量必須降到8m3/t以下。

在《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》中，抽采后煤的殘余瓦斯壓力與瓦斯含量存在函數(shù)關(guān)系如下：

式中：Wcy-殘余瓦斯含量，7.947m3/t;a，b-吸附常數(shù)，a=32.546m3/t，b=0.682MPa-1;Pcy-煤層殘余相對(duì)瓦斯壓力，MPa;Pa-標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，0.101325MPa;Ad-煤的灰分，%，Ad=18.32%;Mad-煤的水分，%，Mad=0.66%;π-煤的孔隙率，%，π=4.00%;？酌-煤的容重（假密度），t/m3，？酌=1.68t/m3。

因此，抽采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正相關(guān)性。如果煤層瓦斯預(yù)抽率達(dá)到30%（即殘余瓦斯含量為原始瓦斯含量值的70%），將煤層相關(guān)吸附常數(shù)、孔隙率等參數(shù)帶入公式中，從而得到殘余瓦斯壓力與原始瓦斯壓力的比率，求出煤層瓦斯預(yù)抽率達(dá)到30%時(shí)對(duì)應(yīng)的煤層瓦斯壓力下降量。相對(duì)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)行判定。

通過將羊東礦2#煤層相關(guān)參數(shù)帶入公式（1）中，計(jì)算得出當(dāng)煤層瓦斯預(yù)抽率為30%時(shí)，瓦斯壓力為原始瓦斯壓力的60.38%。

2 現(xiàn)場測試及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)鉆孔

使用相對(duì)瓦斯壓力指標(biāo)法測定2#煤層瓦斯抽采半徑的方法，來實(shí)現(xiàn)回采工作面預(yù)抽、區(qū)域防突預(yù)抽等情況。抽放鉆孔布置地點(diǎn)可以是回采工作面、礦井主要大巷以及礦井高位或者低位抽瓦斯巷內(nèi)。

通過現(xiàn)場調(diào)研分析，結(jié)合煤礦井下實(shí)際情況，確定在五一回風(fēng)下山121～125點(diǎn)區(qū)間進(jìn)行穿層鉆孔抽采半徑考察工作;在X5-8460-2陷落柱治理巷以里95m處進(jìn)行順煤層鉆孔抽采半徑考察。

（1）穿層鉆孔

穿層鉆孔抽采半徑考察布置1個(gè)抽采孔和6個(gè)測壓孔，布置方式見圖1。

（2）順層鉆孔

順層鉆孔布置圖見圖2，其中抽采孔6個(gè)，SF6注氣孔3個(gè)。

2.2 穿層抽采鉆孔數(shù)據(jù)分析

瓦斯抽放考察孔于2018年6月底開始施工，待測壓孔瓦斯壓力穩(wěn)定后進(jìn)行抽采孔施工，同時(shí)并接入井下瓦斯預(yù)抽系統(tǒng)，抽采負(fù)壓12kPa，記錄各測壓孔瓦斯壓力變化數(shù)據(jù)。抽采孔抽采半徑測量時(shí)間為7.19～10.26，累計(jì)101d;通過對(duì)檢測數(shù)據(jù)匯總分析，數(shù)據(jù)擬合，繪制鉆孔壓力變化曲線圖，圖3為抽采間距為6.5m考察鉆孔壓力變化圖。

通過圖3可以得出以下規(guī)律：鉆孔瓦斯壓力在鉆孔開始抽采后，總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì);觀測孔與抽采鉆孔間距越大，所需抽采時(shí)間就越長。

鉆孔抽采半徑測定結(jié)果見表1。

分析表1中數(shù)據(jù)可知，對(duì)抽采有效時(shí)間與抽采半徑進(jìn)行冪指數(shù)線性擬合，得到擬合曲線如圖4所示，得到擬合曲線公式：

有效抽采半徑：Rc=1.7842t0.3358

式中：Rc-抽采有效半徑，m;t-抽采時(shí)間，d。

分析可知：通過穿層鉆孔對(duì)8#煤層進(jìn)行抽采，當(dāng)抽采時(shí)間為75d時(shí)，抽采半徑達(dá)到6.5m;并且穿層鉆孔瓦斯抽采半徑與抽采時(shí)間存在Rc=1.78240.3358的指數(shù)相關(guān)性。

2.3 順層抽采鉆孔數(shù)據(jù)分析

順層鉆孔抽采半徑考察孔于2018年6月上旬開始施工，封孔后，向注氣孔注入SF6氣體，并關(guān)閉注氣閥門，并將抽采孔接入礦井已有的預(yù)抽管路進(jìn)行抽采，每天采集抽采孔氣樣，檢測氣樣中是否含有SF6。其中：抽采孔抽采半徑測量記錄時(shí)間跨度為7月18號(hào)到9月27日末共計(jì)70d;根據(jù)各抽采孔檢測出SF6日期，確定順層鉆孔抽采半徑隨抽采時(shí)間變化情況。

抽采孔內(nèi)SF6濃度如圖5所示：

順層抽采半徑測定結(jié)果見表2。

將表2中抽采有效時(shí)間與抽采半徑進(jìn)行冪指數(shù)線性擬合，擬合曲線如圖6所示，可以得出如下公式：

有效抽采半徑：Rc=1.0532t0.4142

式中：Rc-抽采有效半徑，m;t-抽采時(shí)間，d。

根據(jù)以上得出：抽采時(shí)間為61d時(shí)，抽采半徑為6.5m.在負(fù)壓12kPa下，順層鉆孔瓦斯抽采半徑與抽采時(shí)間存在Rc=1.4576t0.95082的關(guān)系。

2.4 差異性原因分析

上述研究可知：當(dāng)順層鉆孔和穿層鉆孔在相同抽采條件下抽采半徑有較大差異，順層鉆孔的抽采半徑明顯大于穿層鉆孔抽采半徑，主要受到鉆孔中瓦斯?jié)B流場影響。對(duì)于穿層鉆孔則是以沿煤層層理方向流動(dòng)的徑向流為主（圖7a中實(shí)線箭頭），抽采影響范圍呈圓形。而對(duì)于順層鉆孔，除了徑向流動(dòng)以外（圖7b中實(shí)線箭頭），還有沿煤層層理方向流動(dòng)的單向流動(dòng)（圖7b中虛線箭頭），綜合影響范圍下影響范圍呈橢圓形，造成其抽采半徑在鉆孔水平平面范圍擴(kuò)大。

3 結(jié)論

（1）利用壓降法對(duì)2#煤層穿層鉆孔進(jìn)行抽采半徑測試，抽采時(shí)間為75d時(shí)，抽采半徑為6.5m。在抽采負(fù)壓12kPa，鉆孔直徑Φ113mm下，抽采有效時(shí)間與抽采半徑的關(guān)系為：Rc=1.0422t0.4145。

（2）利用SF6法對(duì)2#煤層順層鉆孔進(jìn)行抽采半徑考察，抽采時(shí)間為61d時(shí)，抽采半徑達(dá)到6.5m，在抽采負(fù)壓12kPa，鉆孔直徑Φ113mm下，順層鉆孔瓦斯抽采半徑與抽采時(shí)間存在Rc=1.4576t0.95082的關(guān)系。

（3）相同時(shí)間、負(fù)壓、煤層的條件下穿層鉆孔抽采半徑要小于順層鉆孔的抽采半徑，主要原因是瓦斯?jié)B流差異的原因。

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