峻德煤矿33号煤层瓦斯抽采半径测定与研究

梁德

摘 要：随着采掘深度的增加，矿井的突出危险性日益严重。有效抽放半径直接关系到预抽钻孔密度和预抽时间的长短。因此，确定钻孔的有效抽采半径对正确设计抽放钻孔方法、数目以及抽采效果都具有重要的现实意义。其次是在此基础上逐步总结出比较适合本矿井实际条件的瓦斯预测技术及其指标体系，并力求加以应用、推广；最后达到跟踪采掘进程及时制定出有效安全措施的目的。

关键词：煤矿；煤层瓦斯；有效抽采半径

1 概况

鹤岗矿业峻德煤矿为年产300万t的大型矿井，位于鹤岗矿区最南端，北与兴安煤矿为邻，南北走向长5.6km，东西倾斜宽3.5km，井田面积19.60km2。开采的煤层有3、9、11、17、21、22-1、23、27-1、28、30、33-1层共11个煤层。矿井瓦斯涌出量较大，矿井总回风量24560m3/min，通风负压220mmH2O，通风等积孔为10.57m2。矿井通风系统稳定可靠，通风能力满足生产需要。

33-1号煤层：距31号煤层64～75m，煤层厚1.6～7.87m，夹矸3～5层，为0.09～0.45m的炭页岩及凝灰岩，煤种为QM，中灰份。煤层产状：93°∠34°。伪顶为0.4～1.62m的炭质泥岩或薄煤与炭页岩互层，全区发育；直接顶为6m的灰黑色粉砂岩，以粉砂质为主；老顶为30m的白色中砂岩，较硬，无层理；底板为2m的灰色粉砂岩，以粉砂质.泥质为主。

2 确定33号煤层瓦斯抽采半径方法

随着矿井煤与瓦斯突出危险性的不断提高，相应的安全管理和决策工作也必将面临更加严重的考验。首先是现场工程技术人员从意识上要更加重视对突出煤层瓦斯赋存、运移、涌出特征及煤与瓦斯突出规律的分析与掌握；其次是在此基础上逐步总结出比较适合本矿井实际条件的瓦斯预测技术及其指标体系，并力求加以应用、推广；最后达到跟踪采掘进程及时制定出有效安全措施的目的，鉴于此，开展了“峻德煤矿33煤层穿层钻孔瓦斯抽采半径测定”工作。

煤层瓦斯影响抽采半径的确定方法为：钻孔抽采是煤体在负压作用下的瓦斯排放，其钻孔的瓦斯抽采量即为煤体瓦斯含量的减小量，当钻孔的压力观测参数下降10%时，即表明该测量孔处于钻孔的抽采影响范围内。

煤层瓦斯有效抽采半径的确定方法（有效性指标）为：抽采钻孔影响范围内残余瓦斯压力小于0.74MPa，且预抽率大于30%为指标，瓦斯压力下降超过51%[1]。

钻孔测试法以压力指标来测定钻孔的有效抽采半径：首先打一排钻孔，如图1所示：1、2、3、4、5、6均为测压孔，在6号孔一侧打抽放钻孔7。钻孔见煤点之间的距离为1米；打完后在测压孔上安装压力表，再将测压孔封闭严密。待测压孔压力表稳定后，对7号孔进行抽采，定期观察测压孔的瓦斯压力。如果压力表显示的瓦斯压力符合有效性指标，则距抽采钻孔最远有效距离就是钻孔的有效抽采半径。

地点在峻德三水平南翼皮带大巷20号硐室，布置抽采半径钻孔7个，对33-1层煤进行瓦斯抽采半径测试。该硐室在门25点前20m。

技术要求：孔径94mm，孔与孔间距为0.4m，开孔高度为1.2m，钻孔个数7个，每个方位1个孔，按7个方位呈扇形布置，按7、6、5、4、3、2、1号孔依次施工。所有钻孔从33号煤层顶板岩巷穿过煤层并进入底板。封孔采用2英寸钢管作为封孔管，封孔材料采用普通硅酸盐水泥，利用BFK型封孔泵封孔，封孔长度为12m。1-6号孔安装压力表，7号孔上球门，待压力表稳定后，7号孔对抽。防突办详细记录抽采参数及测压孔瓦斯压力变化的情况。

钻孔在预抽煤层瓦斯时，在煤层瓦斯压力和抽采负压的共同作用下，钻孔周围煤体的瓦斯不断进入钻孔被抽走，形成以钻孔为轴心的类似圆柱的抽采影响范围，抽采影响范围的半径称之为抽采影响半径；随着抽采时间的延长，抽采影响半径会逐渐加大，钻孔的有效抽采半径是指在规定的抽采时间内钻孔抽采瓦斯的有效影响范围。

3 有效抽采半径分析

随着采掘深度的增加，由于有些保护层不可采，使具有开采保护层条件的突出矿井越来越少，同时矿井的突出危险性日益严重。峻德煤矿防止煤与瓦斯突出的局部措施目前是以预抽煤层瓦斯为主。有效抽放半径是该措施的一个重要参数，直接关系到预抽钻孔密度和预抽时间的长短。因此，确定钻孔的有效抽放半径对正确设计抽放钻孔方法、数目以及抽放效果都具有重要的现实意义。

为了确定合理的钻孔间距，应首先知道钻孔的有效抽放半径。钻孔的有效抽放半径是指在规定的抽放时间内钻孔抽放瓦斯的有效影响范围。可根据不同抽放时间的影响距离和钻孔的不同瓦斯压力情况下的瓦斯抽放量确定抽放钻孔合理间距。而钻孔间距选择的合理性，对提高煤层的瓦斯抽放率是有作用的。由于每个钻孔在某一流动时间内都有自己控制的一个瓦斯流场，所以只有在流动场内相互不受干扰时增加钻孔密度，才能经济有效的提高煤层瓦斯抽放量。最佳钻孔间距与钻孔流动场的控制范围有关。对于低透气性煤层，每个钻孔所控制的瓦斯流动场的范围是很小的，随着时间的增长，流动场的扩展范围也很小，在这种情况下，缩小钻孔间距对提高瓦斯抽放率效果较显著而且当钻孔密度达到一定程度时，对煤层还能起到增加卸压作用。

煤层是孔隙-裂隙介质，其中充满微小的孔隙。实际上，当石门或钻孔揭穿煤层时，煤层中瓦斯的流动是不稳定的，这种不稳定流动需经过一定时间后才能趋于稳定。

有效抽采半径是指在规定的抽采时间内，在该半径范围内瓦斯压力或者瓦斯含量降到安全指标值以下。钻孔间距应小于或等于钻孔有效抽采半径的2倍。钻孔的抽采半径是抽采瓦斯时间、最大瓦斯压力和煤层透气性系数的函数。在不同的抽采时间时钻孔周围瓦斯压力越来越接近原始瓦斯压力值；随着抽采时间的增加，抽采半径也逐渐扩大，但是抽采半径增大的速度越来越小；到达某一临界时间时，抽采半径已经接近极限值，此后，再延长抽采时间是无意义的。

由图2可以看出，6号孔抽采31天（4月23日）后压力不再下降，压力达到平衡，也就是说33号煤层抽采31天的抽采半径是1m，5号孔抽采60天后压力不再下降，压力达到平衡，33号煤层抽采60天的抽采半径是2m，4号孔抽采70天后压力不再下降，压力达到平衡，33号煤层抽采70天的抽采半径是3m，3号孔抽采90天后压力不再下降，压力达到平衡，33号煤层抽采90天的抽采半径是4m，1、2号孔压力没有达到有效抽采半径的确定方法。由图上可以得出33号煤层抽采90天的抽采半径是4m。

從图上还能看出，抽采半径>4m以后，随着时间的增加，抽采的效果不会有大的改变。而抽采半径在1～4m之间时，煤层瓦斯压力能在90天的抽采时间内降低到安全压力以下，完全能到达我们抽采的目的。这主要是因为实施密集钻孔能够在较短的时间内起到对煤层泄压的作用，迅速降低煤层原始压力，使相邻钻孔之间的煤层受到扰动。尤其在煤层原始透气性差的情况下，更要实施密集钻孔，提高煤层透气性。而抽采半径太大，则完全起不到相应的效果。

4 结语

随着抽采时间的延长，瓦斯抽采压力的变化率逐渐减小，但在条件允许（如生产接替不紧张和抽采系统有足够的冗余）时，用延长抽采时间的方法来提高瓦斯抽采率还是较为经济的。通过测试33号煤层瓦斯抽采半径与抽采时间关系密切，抽采时间大于90天，有效抽采半径4m；根据实测情况该区域33号煤层采用密集钻孔的方法实施穿层钻孔，抽采钻孔间距4～8m。

参考文献

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