張永紅

摘 要：隨著采掘深度的增加，具有開(kāi)采保護(hù)層條件的突出礦井越來(lái)越少，這就使得礦井突出危險(xiǎn)日益嚴(yán)重。而煤礦瓦斯抽采是防治煤與瓦斯突出、降低礦井瓦斯涌出量和防止瓦斯爆炸的重要措施。衡量瓦斯抽采工作優(yōu)劣的兩個(gè)主要指標(biāo)是瓦斯抽采率和瓦斯抽采量。為了確定穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯的合理參數(shù)，利用鉆孔瓦斯流量、殘余瓦斯含量等考察指標(biāo)，以山西保安煤礦為試驗(yàn)地點(diǎn)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察以及對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)的分析，最終確定了該礦井15#煤層直徑為φ94 mm穿層抽采鉆孔的有效抽采半徑。

關(guān)鍵詞：穿層鉆孔 瓦斯含量 有效抽采半徑

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（a）-0065-02

突出礦井目前在我國(guó)滿足開(kāi)采保護(hù)層條件的只有1/3，而伴隨著不斷增加的采掘深度，具備這種開(kāi)采保護(hù)層條件的突出礦井也隨之減少，這勢(shì)必加重礦井突出危險(xiǎn)。而煤礦瓦斯抽采是防止瓦斯爆炸、降低礦井瓦斯涌出量、防治煤與瓦斯突出的重要措施，瓦斯抽采量和瓦斯抽采率是針對(duì)瓦斯抽采工作優(yōu)劣的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，盡可能的在抽采礦井中設(shè)法都抽瓦斯是提升瓦斯抽采效果的主要途徑，于此同時(shí)，在提高煤層透氣性上加強(qiáng)研究，不斷改進(jìn)和提高抽采工藝、系統(tǒng)和設(shè)備。還有一個(gè)影響瓦斯抽采效果好壞的重要因素：預(yù)抽鉆孔的合理參數(shù)，過(guò)大的鉆孔間距會(huì)造成抽采范圍內(nèi)的抽采盲區(qū)；過(guò)小的鉆孔間距會(huì)導(dǎo)致物力和人力的浪費(fèi)。所以，瓦斯抽采鉆孔的布置應(yīng)以鉆孔的有效抽采半徑為依據(jù)，比較準(zhǔn)確地確定該參數(shù)，對(duì)防治瓦斯突出具有十分重要的意義。

1 試驗(yàn)條件及原理

1.1 試驗(yàn)條件

為了保證穿層鉆孔瓦斯有效抽采半徑測(cè)定結(jié)果的科學(xué)性、可靠性，試驗(yàn)區(qū)域的選擇應(yīng)滿足以下條件。

（1）必須選擇未進(jìn)行過(guò)瓦斯抽采的原始煤層；

（2）必須保證在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中試驗(yàn)區(qū)域不受采動(dòng)影響；

（3）方便接入抽采系統(tǒng)，并可獨(dú)立測(cè)定抽采量等參數(shù)。

1.2 試驗(yàn)原理

對(duì)突出煤層來(lái)說(shuō)，有效抽采半徑是指鉆孔抽采一定時(shí)間后能消除突出的范圍，這個(gè)范圍用以鉆孔為中心的半徑來(lái)表示。因此，在一定抽采條件下，有效抽采半徑由預(yù)抽瓦斯有效性指標(biāo)和預(yù)抽時(shí)間決定。利用穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯就是在巖巷內(nèi)向煤層打穿透全煤厚的鉆孔，利用瓦斯抽采泵的抽采壓力，使游離瓦斯抽出、被吸附瓦斯解析，從而使煤體中的瓦斯含量降到有效性指標(biāo)以下，達(dá)到煤層消除突出危險(xiǎn)的目的。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)考察

2.1 鉆孔布置、封孔及試驗(yàn)參數(shù)

穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的效果受很多因素的影響，主要影響因素有：抽采負(fù)壓、煤孔長(zhǎng)度、封孔質(zhì)量、鉆孔間距、抽采時(shí)間、鉆孔直徑等。

2.1.1鉆孔直徑

隨著鉆孔直徑的增加，煤孔壁暴露面積增大，煤體內(nèi)卸壓范圍增大，有利于煤層中瓦斯的解吸，提高單孔瓦斯的抽采量。但隨著鉆孔直徑的增大，容易發(fā)生卡鉆、塌孔、噴孔、排渣困難，嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率，降低了成孔率。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)礦區(qū)條件，本次試驗(yàn)選擇抽采鉆孔直徑為φ94 mm。

2.1.2 抽采負(fù)壓

當(dāng)煤體受到抽采，瓦斯釋放后，煤體發(fā)生收縮變形，如果煤的物理機(jī)械性質(zhì)各向不同，則在收縮過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致煤體裂隙網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，這樣可以增加煤的透氣性，從而可以提高煤層瓦斯的抽采效果。但一味的提高抽采負(fù)壓對(duì)增加瓦斯抽出量的作用卻不是非常明顯，雖然在短時(shí)間內(nèi)會(huì)呈現(xiàn)隨著負(fù)壓的增高，抽出量增加的趨勢(shì)，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其作用逐漸減弱或消失。同時(shí)，鉆孔瓦斯抽采過(guò)程中，由于受到管路和鉆孔密封性的影響，如果負(fù)壓提高得過(guò)大會(huì)增加空氣的漏入，造成抽采的瓦斯?jié)舛葴p少，而且礦井的瓦斯抽采泵提高抽采負(fù)壓也有一定的限度。因此，本次試驗(yàn)抽采負(fù)壓選定為13～18 Kpa。

2.1.3封孔質(zhì)量

封孔質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到瓦斯的抽采濃度、抽采量，是影響抽采效果的重要因素之一。提高封孔質(zhì)量關(guān)鍵在于封孔方法的選擇和適當(dāng)增加封孔深度。封孔材料可以采用黃泥、水泥砂漿、聚氨酯等，可以采用機(jī)械注漿封孔，也可采用人工封孔，同時(shí)為了保證封孔效果，封孔長(zhǎng)度應(yīng)大于巷道卸壓帶寬度。本次試驗(yàn)選擇聚氨酯加水泥砂漿封孔，封孔長(zhǎng)度大于12 m。

2.2 試驗(yàn)鉆孔施工

根據(jù)試驗(yàn)條件并結(jié)合礦井實(shí)際生產(chǎn)接替情況，試驗(yàn)地點(diǎn)選在本礦井新布置的15107底板抽采巷。在底板抽采巷的三個(gè)鉆場(chǎng)（10～12號(hào)鉆場(chǎng)）分別布置三組穿層鉆孔，三組穿層鉆孔的孔底間距分別為7 m、6 m、5 m。按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，三組鉆孔的控制范圍均為巷道兩側(cè)輪廓線外15 m。鉆孔布置圖見(jiàn)圖1。

鉆孔施工完畢后記錄終孔時(shí)間，封孔完畢，立即接入管路進(jìn)行條帶預(yù)抽，通過(guò)安裝在抽采支管路上的孔板流量計(jì)，對(duì)瓦斯抽采流量進(jìn)行測(cè)定，以便對(duì)該區(qū)域的瓦斯抽采量進(jìn)行考察，從而對(duì)抽采效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 抽采量考察及數(shù)據(jù)分析

考察鉆孔于2014年2月開(kāi)始施工，于2014年5月施工完畢。三組考察鉆孔的階段預(yù)抽量見(jiàn)表1。經(jīng)過(guò)為期2～4個(gè)月的預(yù)抽，對(duì)三組試驗(yàn)區(qū)域的殘余瓦斯含量進(jìn)行了測(cè)定，三組試驗(yàn)區(qū)域殘余瓦斯含量情況見(jiàn)圖2。

3.1 預(yù)抽期間抽采流量變化規(guī)律的分析

合理預(yù)抽時(shí)間，是合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，正確預(yù)計(jì)鉆孔預(yù)抽瓦斯有效程度，經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行預(yù)抽的重要參數(shù)。只有掌握預(yù)抽期間鉆場(chǎng)鉆孔抽采流量的變化規(guī)律，才能確定合理的抽采時(shí)間。

從區(qū)域單孔平均流量隨時(shí)間變化來(lái)看，其回歸關(guān)系基本符合負(fù)指數(shù)衰減規(guī)律，即關(guān)系式：

式中：為抽采時(shí)間，d；

為衰減系數(shù)，d-1；

為抽采時(shí)間為時(shí)的流量，m3/min；

為初始瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/min。

因此可知：1號(hào)鉆場(chǎng)單孔平均初始流量為0.0329 m3/min，衰減系數(shù)為0.0112 d-1，其區(qū)域單孔回歸關(guān)系式為

；2號(hào)鉆場(chǎng)單孔平均初始流量為0.0344 m3/min，衰減系數(shù)為0.0199d-1，其區(qū)域單孔回歸關(guān)系式為；3號(hào)鉆場(chǎng)單孔平均初始流量為0.0386 m3/min，衰減系數(shù)為0.0209d-1，其區(qū)域單孔回歸關(guān)系式為。

3.2 預(yù)抽期間各鉆場(chǎng)抽采效果考察

試驗(yàn)區(qū)域經(jīng)過(guò)2～4個(gè)月的底板穿層鉆孔預(yù)抽，是否消除了該區(qū)域的突出危險(xiǎn)性需要經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)指標(biāo)主要采用煤層殘余瓦斯含量及在施工檢驗(yàn)孔時(shí)所發(fā)生的噴孔、頂鉆及其他突出明顯突出預(yù)兆等。各鉆場(chǎng)殘余瓦斯含量隨時(shí)間變化曲線如圖2。

從表2可以看出，試驗(yàn)區(qū)域經(jīng)過(guò)3～4個(gè)月的底板穿層鉆孔的預(yù)抽，各試驗(yàn)鉆場(chǎng)所控制范圍內(nèi)的殘余瓦斯含量在掘進(jìn)之前均低于8 m3/t。均達(dá)到《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第五十三條：“煤層殘余瓦斯壓力小于0.74MPa或殘余瓦斯含量小于8 m3/t的預(yù)抽區(qū)域?yàn)闊o(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)”的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求以及穿層鉆孔合理參數(shù)考察的目的，按照煤層殘余瓦斯含量降到8 m3/t以下作為消突指標(biāo)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及煤層殘余瓦斯含量與時(shí)間的關(guān)系可以得出：鉆孔直徑為Φ94 mm，孔口平均負(fù)壓為13～16 KPa，抽放時(shí)間不小于140 d時(shí)，底板穿層鉆孔孔底間距布置為7×7 m；鉆孔直徑為Φ94 mm，孔口平均負(fù)壓為13～16 KPa，抽放時(shí)間不小于100d時(shí)，底板穿層鉆孔孔底間距布置為6×6 m；鉆孔直徑為Φ94 mm，孔口平均負(fù)壓為13～16 KPa，抽放時(shí)間不小于80 d時(shí)，底板穿層鉆孔孔底間距布置為5×5 m。