密集钻孔对构造区瓦斯喷出的影响

谢 坤

淮南矿业集团潘一矿 232001

密集钻孔对构造区瓦斯喷出的影响

谢 坤

淮南矿业集团潘一矿 232001

钻孔内瓦斯喷出也叫钻孔喷孔，是瓦斯孔内突出的一种表现形式，因此研究施工地点的瓦斯赋存规律便可以从源头上避免喷孔事故的发生。区域密集钻孔指的是在一定范围内对煤岩层施工密度较大的钻孔，从而对煤层内瓦斯进行充分抽放，常见于井筒揭煤钻、局部高压卸压钻等，区域密集钻孔在构造区域对瓦斯地喷出有一定的影响。

喷孔；瓦斯赋存；区域密集钻孔；构造

Nozzle hole; gas storage; regionail ntensi ve drilling; structure

1 构造对瓦斯赋存的影响

地质构造的分布直接或间接的影响着地应力条件的变化、瓦斯压力的分布、瓦斯含量的高低以及煤体吸附态瓦斯的释放程度，地质构造发育段往往是瓦斯压力较高段，瓦斯富集段。

2 区域密集钻孔影响瓦斯赋存的因素

2.1 影响瓦斯的储存空间

2.1.1 瓦斯的储存空间

瓦斯在形成喷出的一个条件即是在煤（岩）层中要有良好的储存条件，瓦斯在煤层中的赋存状态主要有游离和吸附两种。由于煤的孔隙多为0.5nm～2nm，1g无烟煤的表面积可达200m。因此，煤体内赋存瓦斯状态以吸附状态为主，游离状态为辅。煤层内存在有孔隙和裂隙两个系统，煤岩基块内孔隙的容积占煤孔隙和裂隙总容积的绝大部分，是瓦斯气吸附储集的主要空间。构造发育的区域也为瓦斯的积聚提供了更多空间。

2.1.2 密集钻孔的施工对瓦斯储存空间的影响

密集钻孔的施工过程中，由于钻孔密度较大，钻孔与钻孔相互影响，钻孔对煤层扰动明显，煤层在小范围开始演变为相对松散，裂隙大量增加，吸附态瓦斯解吸为游离气相，出现瓦斯局部富集。密集钻孔有利于增加瓦斯的储存空间，对瓦斯地喷出影响较大。

2.2 影响瓦斯的运移

瓦斯在煤层的运移方式有扩散与渗透两种，扩散主要以菲克扩散为主，其渗透满足达西定律：

V—渗透速度；K—渗透系数；I—压力梯度

钻孔的出现，破坏了原始煤层的压力平衡，使得原始煤层吸附态瓦斯平衡发生缓慢解吸，钻孔在地质影响带钻进时，引起钻孔扰动范围内吸附态瓦斯进一步解吸，煤层内与外界瓦斯浓度梯度增大，随着浓度梯度的增大引起瓦斯扩散速度的增加，地质构造带引起的煤岩体破碎、裂隙发育等因素，进一步加速了瓦斯在自然裂缝网络中迅速流动。如果速度、压力增加到一定程度，煤岩体达到失稳状态，喷孔便会出现。

2.3 对瓦斯喷出的影响

钻孔快速钻进使破裂区内煤体的失稳抛出，造成富含高压瓦斯的煤体突然暴露,同时地应力和瓦斯压力平衡被破坏使瓦斯、煤粉被抛出煤体，形成打钻喷孔；打钻扰动使涌出的瓦斯急剧膨胀推动、加速，钻屑物的向孔外运移从而冲出孔口,形成喷孔。喷孔常发生在瓦斯压力大、瓦斯含量高的区域。

断层对煤层内瓦斯的赋存有着决定性的影响，对于在断层影响范围内的密集钻孔来说，密集的钻孔将煤体内的瓦斯连通起来，形成一个较大范围的瓦斯赋存空间；密集钻孔的施工，钻孔周围形成卸压区，煤层内吸附态瓦斯含量大大增加，易形成高压瓦斯，靠近钻孔周围的透气系数较大，解吸后的大量富集瓦斯得以迅速释放出来，形成喷孔。

3 工程实例

3.1 潘一矿第二副井穿4～1煤密集钻孔的施工对瓦斯喷孔的影响

2008年4月20日潘一矿第二副井迎头施工揭煤卸压孔，在该范围内共设计了272个钻孔，钻孔间距为0.5米，属于密集钻孔。钻孔穿透4-1煤层，煤层松软，煤厚3.5m，煤层顶底板为砂质泥岩，透气性差，且该煤层属于高瓦斯煤层。该日施工247#钻孔时，钻进至18米处出现喷孔，该孔施工方位190°，倾角为-41.5°，设计深度25米，喷孔后引起瓦斯高值超限。

图1 潘一矿第二副井钻孔喷孔地点平面示意图

3.2 影响因素分析

根据密集钻孔周围透气性分布规律的模型试验可知，密集钻孔周围透气点的渗透系数随着载荷的增大呈指数型增加，在施工钻孔过程中瓦斯监测数据显示，喷孔后引起了瓦斯高值超限，超限值达到4%，证明了上文所述的由于高密度的钻孔的施工引起该区域内瓦斯相对富集。由图1可以看出在揭煤段发育有一条小断层，落差为0.5m，当钻孔大量施工后，随着井筒围岩应力的二次平衡，煤体载荷增加，该断层作为透气点渗透系数增加，加剧了瓦斯的解吸释放，引起瓦斯喷孔。

4 结语

区域密集型钻孔的施工对瓦斯地喷出有着重要的影响，尤其是在构造影响带。密集钻孔的施工对于低透气性煤层的瓦斯卸压有着良好的效果，但是正是由于钻孔施工后的煤层透气性好，易引起瓦斯的迅速涌出，因此在施工该类型钻孔时可以采用不连续的施工，增加钻进后的抽放瓦斯时间，充分的对煤层内游离态瓦斯进行释放，可以较好的保证施工安全。另外密集型钻孔的施工前将该区域内的构造赋存形态了解清楚，并对于钻孔施工时制定相应的施工措施，避免钻孔抽采瓦斯时出现喷孔，从而保证施工安全。

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Boreholge as gushingi s also called a drill, is the gas hole of a kind of manifestatiotnh, erefo re the research on the constructiosni tes of gas occurrencree gularity can be from the source to prevenst pray hole accidentR. egionadl ense drilling refers to in a certain range of coal and rock constructioonf high density drillingt, hus to coal seam gas in a sufficient drainagec, ommoinn the cross-cut coal drill, local high pressurer elief and drilling, drillingi n regionail ntensivte ectonicr egion on gas discharge has certain effect.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.030

谢坤（1983—）男，安徽淮南人，在淮南矿业集团潘一矿地测科从事煤矿地质工作。