順層鉆孔抽采瓦斯影響因素分析

(河南能源義煤公司新義礦業(yè)有限公司，河南 洛陽 471000)

0 引言

新義礦業(yè)公司為煤與瓦斯突出礦井，可采煤層為二1煤層。由于煤層埋深較大，煤厚變化較大，松軟破碎，透氣性差，回采煤層厚度變化較大，煤層厚度平均5.11 m，容重1.46 T/m3，煤層為III-IV 構(gòu)造軟煤，瓦斯放散初速度ΔP值在15.0～28.0之間，煤層煤體堅固性系數(shù)f值在0.22～0.65之間，平均值為0.35。關(guān)于礦井的瓦斯處理方式的選擇為穿層鉆孔+順層鉆孔抽采相結(jié)合的方式，在實際生產(chǎn)過程中為進一步提高抽采效率，本研究對于抽采的負壓時間、鉆孔相關(guān)參數(shù)及鉆孔的密度等相關(guān)參數(shù)進行了優(yōu)化，選擇相對合理的抽采參數(shù)從而有效提高抽采效率。

1 順層鉆孔預(yù)抽區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域技術(shù)

為保障工作面抽采達標，在工作面軌道、運輸順槽掘進過程中，分別長距離順層鉆孔，預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯的區(qū)域防突措施。根據(jù)資料可知，新義礦業(yè)瓦斯抽采半徑為R/2 m，抽放鉆孔布置在工作面軌道和順槽靠工作面一側(cè)的巷幫，鉆孔直徑94 mm，間排距2 000 mm×400 mm。根據(jù)煤層實際厚度分別在掘進巷道的回采側(cè)每隔2 m 施工一列1～3個長鉆孔，鉆徑94 mm，孔深60 m，兩側(cè)鉆孔交叉不小于5 m，杜絕出現(xiàn)空白帶，順層回采區(qū)域抽放鉆孔布置如圖1所示。

圖1 順層回采區(qū)域抽放鉆孔布置圖

2 順層鉆孔抽采影響因素分析

2.1 抽采負壓

抽采鉆孔負壓對鉆孔內(nèi)瓦斯的流動起2個方面的作用，一是給瓦斯提供導流作用，二是攔截瓦斯流。提高鉆孔的抽采負壓，可以使煤層中的部分游離瓦斯轉(zhuǎn)向流入抽采鉆孔，增大順層鉆孔的瓦斯抽采量。然而，這主要是針對處于巷道卸壓帶的抽采鉆孔而言的。該區(qū)域的煤巖體在礦山壓力作用下被破壞，圍巖透氣系數(shù)增大，瓦斯壓力降低。提高抽采負壓可擴大鉆孔抽采瓦斯的范圍，截取流向巷道的瓦斯，從而增大鉆孔瓦斯抽采量[1-2]。因瓦斯抽采泵提供的抽采負壓多為幾十千帕，大大低于一個大氣壓，對于抽采鉆孔內(nèi)的瓦斯壓力幾兆帕而言可以忽略不計。因此，增大負壓對提高順層鉆孔瓦斯抽采效果非常有限。另外，在鉆孔封孔條件不佳的情況下，提高抽采負壓可使巷道內(nèi)的空氣通過煤層裂隙進入鉆孔，并流入抽采管路，造成瓦斯抽采濃度下降，降低了瓦斯抽采效果。

現(xiàn)階段礦井的整體瓦斯抽采負壓值偏低，在工作過程中鉆孔的負壓差基本上在550 mmHg以下，換算成標準大氣壓僅為0.006 MPa，而導致這一數(shù)值較低的原因不能完全歸咎于抽放管路的抽放能力較差。因此，為了進一步提升礦井鉆孔抽采效果，需要對負壓值進行及時的調(diào)節(jié)，可以通過降低負壓來保證整個礦井的瓦斯?jié)舛忍幱诎踩秶畠?nèi)，因此負壓抽采并不是決定抽采效果的重要因素。

2.2 抽采時間

隨著抽采時間的延長，抽采鉆孔的瓦斯涌出強度逐步衰減，瓦斯抽采量在一定時間內(nèi)隨著抽采時間的延長而逐漸增大。因為抽采鉆孔的瓦斯流場為非穩(wěn)定場，超過一定時間后隨著抽采時間的延長，鉆孔抽采瓦斯量將逐漸降低，從而失去抽采意義。對于低透氣性煤層而言，因瓦斯涌出衰減系數(shù)較大，增加抽采時間對增大抽采量的影響較?。煌瑫r考慮到礦井的生產(chǎn)情況和接替關(guān)系，也不允許有太長的抽采時間。為了提高鉆孔瓦斯抽采效率，必須保證合理的抽采時間?！睹旱V安全規(guī)程》第一百九十條規(guī)定：突出煤層瓦斯預(yù)抽率應(yīng)大于30%，因此，確定二1煤層鉆孔必要的預(yù)抽時間選為6個月，以達到“消除危險”“應(yīng)抽盡抽”的作用。

2.3 鉆孔直徑

鉆孔直徑越大，瓦斯抽采量越大。這是由于大直徑鉆孔增加了煤壁暴露面積和鉆孔周邊煤體的卸壓范圍，可以在一定程度上提高瓦斯抽采量。實踐表明，加大鉆孔直徑在短時間內(nèi)能呈現(xiàn)一些效果，在長時間內(nèi)對提高鉆孔瓦斯抽采量影響并不明顯。況且大直徑鉆孔的施工會使鉆機鉆進的負荷成幾何倍數(shù)增加，同時大直徑鉆孔易發(fā)生垮孔和排渣困難。因此，在采取增大鉆孔直徑的措施時，需要綜合考慮礦井和煤層的實際情況。

2.4 封孔工藝

井下鉆孔封孔效果差，抽采濃度低是瓦斯抽采存在的主要問題，大大影響了瓦斯的綜合利用。影響鉆孔瓦斯抽采濃度的關(guān)鍵問題是鉆孔孔口的封孔質(zhì)量，在保證孔內(nèi)有足夠的瓦斯源的基礎(chǔ)上，只有確保良好的封孔質(zhì)量，才能抽出高濃度瓦斯。在此基礎(chǔ)上，一定程度地增大封孔長度，并使用帶壓注漿封孔，可以在保證瓦斯?jié)舛鹊幕A(chǔ)上，有效提高瓦斯抽采量，從而提高了瓦斯抽采效果。目前該礦井下常用的封孔工藝仍為聚氨酯兩堵一注封孔帶壓封孔方式，注漿壓力0.3 MPa，封孔長度12 m，能夠有效保證封孔的質(zhì)量，初始抽采瓦斯?jié)舛?0%以上，6個月后仍能保證在50%以上。

2.5 鉆孔密度

在一定的抽采時間內(nèi)，每個鉆孔都有一個自己控制的瓦斯流場，在各個鉆孔的流場互相干擾較小時，增大鉆孔的密度可提高煤層的瓦斯抽采量。對于低透氣性煤層而言，各個鉆孔控制的瓦斯流場范圍比較小，隨著抽采時間的增加，流場的擴展范圍增加較小，因此增加鉆孔的密度對提高瓦斯抽采量的效果就顯得比較重要，同時增加鉆孔的密度，增加了煤層的卸壓作用，使煤層透氣性增加。由于增加鉆孔的密度是一種簡單易行的措施，因此它是提高開采層瓦斯抽采率的一項主要措施，可以在保證一定瓦斯抽采率的情況下，縮短抽采時間。目前，礦井工作面本煤層鉆孔采用三花眼布置，排間距1 m，鉆孔間距3 m。在靠近回采面切眼的煤體內(nèi)的鉆孔，其抽采時間常常無法保證，因此，可以根據(jù)預(yù)抽時間的需要適當增加鉆孔密度，最大限度地提高鉆孔的抽采效果。

3 結(jié)語

順層鉆孔抽采本煤層瓦斯時，對于鉆孔的抽采時間、封孔方式、鉆孔密度等參數(shù)進行優(yōu)化能夠有效提升礦井的瓦斯抽采效果，且上述因素對瓦斯抽采影響顯著，與之對應(yīng)的鉆孔直徑及抽采負壓等相關(guān)參數(shù)對于瓦斯抽采影響較不明顯。