煤礦瓦斯抽采半徑考察技術應用

邰兵

（平安煤礦瓦斯治理國家工程研究中心有限責任公司，安徽 淮南232001）

1 抽采半徑考察方法選擇

目前考察抽采半徑的有效方法有：理論分析法、數(shù)值模擬法和現(xiàn)場實測法等?，F(xiàn)場實測法常采用的指標主要是瓦斯含量指標、瓦斯壓力指標和相對瓦斯壓力指標。本次利用現(xiàn)場實測法，以相對瓦斯壓力為指標的壓降法進行鉆孔的有效抽采半徑測定。

以相對瓦斯壓力為指標，有效抽采半徑是指在規(guī)定時間內(nèi)，以抽采鉆孔為中心，該半徑影響范圍內(nèi)瓦斯壓力降到安全容許值以下。因此，可以以1 個抽采孔和若干測壓孔的組合方式，在抽采鉆孔周邊按不等距離施工測壓鉆孔，進行嚴密封孔。通過測壓孔內(nèi)瓦斯壓力的變化，即可確定鉆孔的有效抽采半徑。

運用拋物線方程來近似取代煤層瓦斯含量曲線，抽采前后瓦斯壓力和瓦斯含量存在一個拋物線關系，即：

式中，X 為煤層的瓦斯含量，m3/m3；

P 為煤層的瓦斯壓力，MPa；

a 為煤層的瓦斯含量系數(shù)，m3/（t·MPa1/2）

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：煤層瓦斯預抽率不得低于30%，可知煤層殘余瓦斯含量不得高于原始瓦斯含量的70%，則根據(jù)以上公式可計算得出抽采后殘余瓦斯壓力不得高于原始瓦斯壓力的49%，據(jù)此可將一定抽采時間內(nèi)測壓孔瓦斯壓力下降不低于51%時對應的測壓孔與抽采孔的距離作為煤層瓦斯抽采的有效半徑。

2 抽采半徑考察

2.1 抽采半徑考察方案

本次考察選擇在王家營青利煤礦12 機軌石門采用穿層鉆孔對3 號煤層進行考察。

（1）先在抽采鉆孔周圍按照一定的間距施工7 個壓力考察鉆孔和1 個抽采鉆孔。2～6#和13#、14#測壓鉆孔以1#抽采孔位置為基準布置，2#測壓孔、3#測壓孔、13#測壓孔位于1#抽采孔右側(cè)，距離分別為1m、2m、3m；4#測壓孔、5#測壓孔、6#測壓孔、14#測壓孔、位于1#抽采孔左側(cè)，距離分別為3.5m、4.5m、1.5m、2.5m。采用“兩堵一注”封孔工藝，確保封孔嚴密。

（2）安排專人每天連續(xù)觀察壓力變化情況，待壓力考察孔壓力上升穩(wěn)定后，抽采鉆孔開始抽采。抽采期間繼續(xù)分別觀察2～6#及13#、14#壓力考察孔預抽天數(shù)后壓力變化情況，最后通過考察鉆孔的壓力變化情況進行分析，最終確定抽采天數(shù)后的3 號煤層抽采半徑。

2.2 考察地點概況

本次考察地點為12 機軌石門，標高為+1510m，方位角為275°，巷道斷面為9.0m2，采用錨網(wǎng)噴支護?？疾煦@孔位于12 機軌石門1304 運輸巷開口往外58.3m 及76.3m 處，3 號煤層傾角為14°，沿12 機軌石門巷道左幫向上施鉆，鉆孔周圍50m 范圍內(nèi)沒有采動或瓦斯抽放影響，對考察鉆孔無任何影響。

圖1 壓力考察孔及抽采鉆孔布置平面圖

2.3 壓力考察情況

（1）煤層壓力考察。7 個壓力考察鉆孔全部施工并封孔完畢，進行測壓。安排專人現(xiàn)場連續(xù)觀測，其中2#測壓鉆孔壓力穩(wěn)定在0.08MPa，3#測壓鉆孔壓力穩(wěn)定在0.06MPa，4#測壓鉆孔壓力穩(wěn)定在0.12MPa，5#測壓鉆孔壓力穩(wěn)定在0.10MPa，6#測壓鉆孔壓力穩(wěn)定在0.11MPa，13# 測壓鉆孔壓力穩(wěn)定在0.18MPa，14#測壓鉆孔壓力穩(wěn)定在0.17MPa。

1#抽采鉆孔于12 月28 日早班進行合茬抽采。2#測壓鉆孔觀察13 天后瓦斯壓力降到0.03MPa，繼續(xù)觀察9 天壓力穩(wěn)定在0.02MPa；3#測壓鉆孔觀察13 天后瓦斯壓力降到0.02MPa，繼續(xù)觀察8 天壓力仍然穩(wěn)定在0.02MPa；4#測壓鉆孔觀察20 天后瓦斯壓力降到0.05MPa，繼續(xù)觀察1 天壓力仍然穩(wěn)定在0.05MPa；5#測壓鉆孔觀察18 天后瓦斯壓力降到0.05MPa，繼續(xù)觀察3 天壓力仍然穩(wěn)定在0.05MPa；6#測壓鉆孔觀察13 天后瓦斯壓力降到0.03MPa，繼續(xù)觀察8 天壓力仍然穩(wěn)定在0.03MPa；13#測壓鉆孔觀察18 天后瓦斯壓力降到0.08MPa，繼續(xù)觀察3 天壓力穩(wěn)定在0.02MPa；14# 測壓鉆孔觀察20 天后瓦斯壓力降到0.05MPa，繼續(xù)觀察1 天壓力穩(wěn)定在0.02MPa。

3 抽采半徑考察分析

3.1 原始瓦斯壓力

根據(jù)現(xiàn)場實測原始壓力最大值為4#測壓鉆孔，鉆孔終孔點標高為+1526.5m（對應埋深240m），3 號煤層原始瓦斯壓力值為：0.18MPa。

3.2 原始瓦斯含量

根據(jù)考察鉆孔現(xiàn)場取樣，采用DGC 煤層瓦斯測定裝置測定3 號煤層+1526.5m 標高原始瓦斯含量為：4.6713m3/t。

3.3 抽采半徑考察分析

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細則》及《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》相關規(guī)定，抽采后瓦斯壓力在0.74MPa 以下，瓦斯含量在8m3/t 以下且降幅達到30%以上，滿足了抽采和消突雙達標要求，為有效抽采半徑。

（1）抽采半徑考察分析。2#壓力考察鉆孔抽采13 天時，瓦斯壓力從0.08MPa 下降到0.03MPa，降幅為62.5%, 降幅大于51%；故可確定鉆孔抽采13 天滿足了抽采和消突雙達標要求，1m 為有效抽采半徑。

6#壓力考察鉆孔抽采13 天時，瓦斯壓力從0.11MPa 下降到0.05MPa，降幅為54.5%，降幅大于51%；故可確定鉆孔抽采13 天滿足了抽采和消突雙達標要求，1.5m 為有效抽采半徑。

3#壓力考察鉆孔抽采13 天時，瓦斯壓力從0.06MPa 下降到0.02MPa，降幅為66.6%，降幅大于51%；故可確定3#鉆孔抽采13 天滿足了抽采和消突雙達標要求，2m 為有效抽采半徑。

14#壓力考察鉆孔抽采15 天時，瓦斯壓力從0.17MPa 下降到0.07MPa，降幅為58.8%，降幅大于51%；故可確定14#鉆孔抽采15 天滿足了抽采和消突雙達標要求，2.5m 為有效抽采半徑。

13#壓力考察鉆孔抽采18 天時，瓦斯壓力從0.18MPa 下降到0.08MPa，降幅為55.5%，降幅大于51%；故可確定13#鉆孔抽采18 天滿足了抽采和消突雙達標要求，3m 為有效抽采半徑。

4#壓力考察鉆孔抽采20 天時，瓦斯壓力從0.12MPa 下降到0.05MPa，降幅為58.3%，降幅大于51%；故可確定4#鉆孔抽采20 天滿足了抽采和消突雙達標要求，3.5m 為有效抽采半徑。

5#壓力考察鉆孔抽采18 天時，瓦斯壓力從0.10MPa 下降到0.05MPa，降幅為50%，降幅小于51%。故鉆孔距抽采孔間距4.5m 為本次考察無效抽采半徑。

4 結論

綜上所述，通過現(xiàn)場考察和綜合分析，鉆孔抽采后能滿足一定抽采時間內(nèi)測壓孔瓦斯壓力下降不低于51%，判定為有效抽采半徑。

最終確定3 號煤層在鉆孔直徑75mm，抽采負壓不低于13KPa 時的有效抽采半徑為：

（1）抽采13 天時，抽采鉆孔有效抽采半徑為2m。

（2）抽采15 天時，抽采鉆孔有效抽采半徑為2.5m。

（3）抽采18 天時，抽采鉆孔有效抽采半徑為3m。

（4）抽采20 天時，抽采鉆孔有效抽采半徑為3.5m。