顺层钻孔压降法确定瓦斯抽采半径实践与应用

张晓虎

(汾西矿业集团中盛煤矿，山西灵石031305)

顺层钻孔压降法确定瓦斯抽采半径实践与应用

张晓虎

(汾西矿业集团中盛煤矿，山西灵石031305)

针对某煤矿煤层抽采难易程度为勉强抽采的11－2煤层，提出了采用顺层钻孔压降法测试，介绍了测试原理及具体方法，并将该方法进行了现场试验，测试结果表明:11－2煤层釆用94 mm钻孔进行煤层瓦斯抽釆，当抽釆负压为16 kPa，抽采时间为32 d时，其抽釆影响半径为3.5 m，钻孔抽采27 d时影响半径为3 m，抽釆37 d后影响半径为4 m，抽釆45 d后影响半径为5 m．根据抽釆时间与半径之间的幂函数关系，优化了11－2煤层底板顺层钻孔的布置，为该煤矿瓦斯抽采及防治工作提供了重要依据。

顺层;钻孔;压降法;抽采半径

为确保煤矿安全生产，降低矿井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的发生，采用瓦斯抽放技术成为一种重要的手段。钻孔抽放煤层瓦斯是目前单一煤层开采的高突矿井治理瓦斯的重要技术途径，瓦斯抽采半径是该措施的一项重要参数，其合理与否直接关系到防突效果和防突成本。钻孔间距过大，容易形成抽放盲区，无法消除甚至增加突出危险性，进一步引发煤与瓦斯突出事故;钻孔间距过小，会发生串孔现象，容易造成人力和物力的浪费。因此，确定合理的瓦斯抽采半径参数对提高抽采效果、快速消除突出危险性具有重要的现实意义。

某煤矿采用立井分区开拓方式，设计生产能力5.0 Mt/a．矿井工业广场内设主井、副井和回风井3个立井井筒，采用立井、集中石门、分层大巷的开拓方式，现为中央并列式通风，抽出式通风方法。矿井实际瓦斯绝对涌出量为129.82 m3/min，相对瓦斯涌出量9.75 m3/t，根据2010年新出版的《煤矿安全规程》第133条规定:“矿井的相对瓦斯涌出量大于10 m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40 m3/min时就是高瓦斯矿井”。可以判定该煤矿为高瓦斯矿井，除东一采区13－1煤层在F83断层以东标高线－730m以浅区域为无突出危险区外，其余地点都视为突出危险区。

1 压降法测试原理及步骤

采用压力下降法，即按一定的要求布置一系列钻孔(包括一个抽采孔及若干个测试孔)，分别在各个测试孔中安装压力表，测试各个钻孔的煤层瓦斯压力，当瓦斯压力稳定后，抽采孔进行抽釆，考察各测试孔瓦斯压力变化情况，进而判断抽采范围。

采用直线布置形式测试时，在测试地点布置若干钻孔，其中1个为抽采孔，其余为测压孔，抽采钻孔直径为94 mm，测压钻孔直径为75 mm。测试孔直线形式布置示意图见图1.

图1 直线布置示意图

结合该矿实际情况，本次测试采用钻孔直线布置设计，具体实施步骤如下:

1)在岩巷中选择岩性致密，且无断层、裂隙等地质构造，施工处打1组钻孔(包括测压孔和抽采孔)，钻孔相互平行;然后从测压钻孔中引出测压管装上压力表，再将钻孔进行良好的密封。

2)对抽采钻孔联网预抽前，不间断对测压孔内瓦斯压力进行测定，直至压力保持稳定。

3)打开抽釆阀门进行抽采，继续观察记录预抽孔周围各个测试孔的压力值并汇总成表格，根据各个测试孔的压力变化趋势绘制压力变化曲线图。当一个测试孔读取的压力值连续3次都比抽釆前下降10%以上，则说明该测试孔处于预抽孔影响区域内，把距离抽采孔最远的那个被影响到的测试孔作为预抽孔的抽采影响范围，此距离即抽采影响半径。

2 11－2煤顺层钻孔抽采半径试验

由于压力降低法对钻孔封孔质量要求较高，以多次成孔、多次封孔的方法测压，也存在钻孔封孔失败的现象，为获得更准确的数据，11－2煤顺层钻孔抽采半径试验共进行两次。

2.1 第一次试验

1)测点布置。

此次顺层钻孔抽采半径试验选择在11煤1242 (1)轨顺外段进行，测试地点为距离西一11－2回风大巷157 m处的1242(1)轨顺北侧，见图2.

图2 顺层钻孔瓦斯抽采半径测点布置图(第一次试验)

2)钻孔参数。

测试钻孔相互平行，为了避免巷道裂隙对测压的影响，钻孔设计封孔长度要在巷道裂隙圈及预抽影响范围区域以外，钻孔方位角设计为90°，抽采钻孔直径为94 mm，测压钻孔直径为75 mm，各钻孔参数见表1.

表1 11－2煤顺层钻孔布置参数表(第一次试验)

3)分析及结论。

根据数据，绘制各钻孔瓦斯压力变化图见图3.

图3 顺层钻孔瓦斯压力变化图(第一次试验)

从图3可以看出，本次实验有两个钻孔始终存在瓦斯压力，分别为CY11－5、CY11－6．CY11－1、 CY11－2自成孔后，压力逐步下降，直至为0，CY11－3、CY11－4在9月29日加压风后，维持几天压力，而后马上衰减为0．其原因为:

a)打钻过程中由于钻进速度比较快，以致钻孔不能保持设计的角度，钻孔向底板偏移较严重，部分钻孔打到底板岩层，无法保证方案中的全煤钻孔，严重影响了测试结果。

b)“两堵一注”封孔方法实际现场应用不到位，孔口漏气较为严重，需加强孔口封堵质量，确保孔口严密性。

c)由于地压，部分顺层孔被破坏。

在10月25日后，采用CY11－2为抽采孔，从图3可以看出，CY11－5、CY11－6压力基本保持不变，说明抽采效果不理想，其原因为:测压管直径太小，对抽采效果造成不利影响。在2012年11月4日后，停止CY11－2孔抽采，将抽采管路接入CH11－1孔进行抽采。从图3可以看出:

抽采前后，CY11－5压力始终呈现逐渐下降趋势，无法判断抽采影响效果。

抽采前后，CY11－6压力较为稳定，从2012年 11月4日开始抽采，至2012年12月6日，即抽采32天后，CY11－6压力自0.08 MPa下降至0.06 MPa，压力下降百分比为25%．可判定，抽采32天后，11煤顺层孔抽采瓦斯影响半径为3.5 m．

2.2 第二次试验

1)测点布置。

此次顺层钻孔抽采半径试验选择在11煤1242 (1)轨顺进行，测点布置见图4.

图4 顺层钻孔瓦斯抽采半径测点布置图(第二次试验)

2)钻孔参数。

钻孔方位角设计为90°，抽采钻孔直径为94 mm，测压钻孔直径为75 mm，各钻孔参数见表2.

表2 11－2煤顺层钻孔布置参数表(第二次试验)

3)分析及结论。

根据实测数据，绘制各钻孔瓦斯压力变化图，见图5.

图5 顺层钻孔瓦斯压力变化图(第二次试验)

a)通过对前期数据观察发现，钻孔压力呈逐渐上升趋势，基本符合原始煤层瓦斯压力变化趋势，在2013年3月26日之后，3个观察钻孔压力趋于稳定。

b)2013年4月1日，采用KH11－1为抽采孔，铺设瓦斯抽采管道，开始抽采，2013年4月28日，即抽采之后27日，KY11－1首先出现压力下降现象，而后随抽采时间增加，压力逐步下降，自0.35 MPa下降至0.07 MPa，瓦斯压力下降百分比为80%．

c)2013年5月8日，即抽采之后37日，KY11－2出现压力下降现象，而后随抽采时间增加，压力逐步下降，抽采后48天，即2013年5月19日压力自0.26 MPa降至0.09 MPa，此后趋于稳定，瓦斯压力下降百分比为65%．

d)2013年5月16日，即抽采之后45日，KY11－3出现压力下降现象，而后随抽采时间增加，压力逐步下降，抽采后53天，即2013年5月24日压力自0.20 MPa下降至0.12 MPa，此后趋于稳定，瓦斯压力下降百分比为40%．

2.3 试验结果分析

11－2煤层顺层钻孔瓦斯抽采半径共进行两次试验，其结果如下:

1)第一次试验测得，钻孔抽采32天时，其抽采瓦斯影响半径为3.5 m．

2)第二次试验测得，钻孔抽采时间分别为27天、37天、45天时，其抽采瓦斯影响半径分别为3 m、4 m、5 m．

3)在煤层赋存条件一定和钻孔瓦斯抽采负压一定的情况下，根据对瓦斯流动的相关分析，钻孔抽采时间与抽采瓦斯影响半径符合幂函数关系，依据两次测定结果，将抽采半径的数据进行曲线拟合见图6，由图6可得，钻孔抽采时间与抽采瓦斯影响半径关系为:y=0.111 5x0.996．

图6 顺层钻孔抽采时间与抽采半径拟合曲线图

3 结论

11－2煤层采用孔径94 mm抽采钻孔进行煤层瓦斯抽采，当抽釆负压为16 kPa，抽采时间为32 d时，其抽采影响半径为3.5 m，钻孔抽釆27 d时影响半径为4 m，抽釆37 d后影响半径为4 m，抽釆45 d后影响半径为5 m．得出钻孔抽采时间与抽采瓦斯影响半径关系为:y=0.111 5x0.996．

［1］曹新奇，辛海会，徐立华，等．瓦斯抽放钻孔有效抽放半径的测定［J］．煤炭工程，2009(9):88－90．

［2］范涛，王彦，樊中阳，等．崔庙煤矿二1煤层穿层钻孔抽放半径测定研究［J］．煤炭技术，2008(4):66－68．

［3］王伟有，汪虎．基于COMSOLMultiphysics的瓦斯抽采有效半径数值模拟［J］．矿业工程研究，2012，29(4):596－600.

［4］余陶，卢平，孙金华，等．基于钻孔瓦斯流量和压力测定有效抽采半径［J］．采矿与安全工程学报，2012(6):82－84.

［5］王魁军，张兴华．中国瓦斯抽采技术发展现状与前景［J］．中国煤层气，2006，3(1):13－16.

［6］国家安全生产监督管理总局．煤矿安全规程［M］．北京:煤炭工业出版社，2010:21－23.

［7］杜泽生．平宝公司首山一矿己16－17煤层瓦斯抽放半径测定［J］．煤矿安全，2010(2):4042.

Practice and App lication of Bedding Borehole Pressure Drop M ethod to Determ ine the Radius of Gas Extraction

ZHANG Xiaohu

The gas extraction of a coalmine 11－2 coal seam is not easy．Bedding borehole pressure dropmethod is put forward．The test principle and specific method are intrduced，and the field test is conducted．the test results show that94mm drill isused in 11－2 coalseam to drainage gas．The radiusofdrainage influence is35m when drainage negative pressure is 16 kPa and drainage for 32 days．The influence radius is 3 m when extraction for 27 days．The influence radius is 4 m when extraction for 37 days．The influence radius is 5 m when extraction for 45 days．According to the power function relationship of drainage time and drainage radius，optimizes the arrangement of 11－2 coal seam bedding drill hole．It provides an importantbasis for the coal seam gas extraction and prevention and controlwork．

Bedding;Drill hole;Pressure drop method;Radius of extraction

TD712+．6

B

1672－0652(2015)09－0041－04

2015－08－19

张晓虎(1974—)，男，山西介休人，1997年毕业于山东矿业学院，工程师，主要从事煤矿采掘技术管理和技术研究工作(E－mail)hyzfmkj@sina．com