煤矿瓦斯抽采半径考察技术应用

邰兵

（平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司，安徽 淮南232001）

1 抽采半径考察方法选择

目前考察抽采半径的有效方法有：理论分析法、数值模拟法和现场实测法等。现场实测法常采用的指标主要是瓦斯含量指标、瓦斯压力指标和相对瓦斯压力指标。本次利用现场实测法，以相对瓦斯压力为指标的压降法进行钻孔的有效抽采半径测定。

以相对瓦斯压力为指标，有效抽采半径是指在规定时间内，以抽采钻孔为中心，该半径影响范围内瓦斯压力降到安全容许值以下。因此，可以以1 个抽采孔和若干测压孔的组合方式，在抽采钻孔周边按不等距离施工测压钻孔，进行严密封孔。通过测压孔内瓦斯压力的变化，即可确定钻孔的有效抽采半径。

运用抛物线方程来近似取代煤层瓦斯含量曲线，抽采前后瓦斯压力和瓦斯含量存在一个抛物线关系，即：

式中，X 为煤层的瓦斯含量，m3/m3；

P 为煤层的瓦斯压力，MPa；

a 为煤层的瓦斯含量系数，m3/（t·MPa1/2）

《煤矿安全规程》规定：煤层瓦斯预抽率不得低于30%，可知煤层残余瓦斯含量不得高于原始瓦斯含量的70%，则根据以上公式可计算得出抽采后残余瓦斯压力不得高于原始瓦斯压力的49%，据此可将一定抽采时间内测压孔瓦斯压力下降不低于51%时对应的测压孔与抽采孔的距离作为煤层瓦斯抽采的有效半径。

2 抽采半径考察

2.1 抽采半径考察方案

本次考察选择在王家营青利煤矿12 机轨石门采用穿层钻孔对3 号煤层进行考察。

（1）先在抽采钻孔周围按照一定的间距施工7 个压力考察钻孔和1 个抽采钻孔。2～6#和13#、14#测压钻孔以1#抽采孔位置为基准布置，2#测压孔、3#测压孔、13#测压孔位于1#抽采孔右侧，距离分别为1m、2m、3m；4#测压孔、5#测压孔、6#测压孔、14#测压孔、位于1#抽采孔左侧，距离分别为3.5m、4.5m、1.5m、2.5m。采用“两堵一注”封孔工艺，确保封孔严密。

（2）安排专人每天连续观察压力变化情况，待压力考察孔压力上升稳定后，抽采钻孔开始抽采。抽采期间继续分别观察2～6#及13#、14#压力考察孔预抽天数后压力变化情况，最后通过考察钻孔的压力变化情况进行分析，最终确定抽采天数后的3 号煤层抽采半径。

2.2 考察地点概况

本次考察地点为12 机轨石门，标高为+1510m，方位角为275°，巷道断面为9.0m2，采用锚网喷支护。考察钻孔位于12 机轨石门1304 运输巷开口往外58.3m 及76.3m 处，3 号煤层倾角为14°，沿12 机轨石门巷道左帮向上施钻，钻孔周围50m 范围内没有采动或瓦斯抽放影响，对考察钻孔无任何影响。

图1 压力考察孔及抽采钻孔布置平面图

2.3 压力考察情况

（1）煤层压力考察。7 个压力考察钻孔全部施工并封孔完毕，进行测压。安排专人现场连续观测，其中2#测压钻孔压力稳定在0.08MPa，3#测压钻孔压力稳定在0.06MPa，4#测压钻孔压力稳定在0.12MPa，5#测压钻孔压力稳定在0.10MPa，6#测压钻孔压力稳定在0.11MPa，13# 测压钻孔压力稳定在0.18MPa，14#测压钻孔压力稳定在0.17MPa。

1#抽采钻孔于12 月28 日早班进行合茬抽采。2#测压钻孔观察13 天后瓦斯压力降到0.03MPa，继续观察9 天压力稳定在0.02MPa；3#测压钻孔观察13 天后瓦斯压力降到0.02MPa，继续观察8 天压力仍然稳定在0.02MPa；4#测压钻孔观察20 天后瓦斯压力降到0.05MPa，继续观察1 天压力仍然稳定在0.05MPa；5#测压钻孔观察18 天后瓦斯压力降到0.05MPa，继续观察3 天压力仍然稳定在0.05MPa；6#测压钻孔观察13 天后瓦斯压力降到0.03MPa，继续观察8 天压力仍然稳定在0.03MPa；13#测压钻孔观察18 天后瓦斯压力降到0.08MPa，继续观察3 天压力稳定在0.02MPa；14# 测压钻孔观察20 天后瓦斯压力降到0.05MPa，继续观察1 天压力稳定在0.02MPa。

3 抽采半径考察分析

3.1 原始瓦斯压力

根据现场实测原始压力最大值为4#测压钻孔，钻孔终孔点标高为+1526.5m（对应埋深240m），3 号煤层原始瓦斯压力值为：0.18MPa。

3.2 原始瓦斯含量

根据考察钻孔现场取样，采用DGC 煤层瓦斯测定装置测定3 号煤层+1526.5m 标高原始瓦斯含量为：4.6713m3/t。

3.3 抽采半径考察分析

根据《防治煤与瓦斯突出细则》及《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》相关规定，抽采后瓦斯压力在0.74MPa 以下，瓦斯含量在8m3/t 以下且降幅达到30%以上，满足了抽采和消突双达标要求，为有效抽采半径。

（1）抽采半径考察分析。2#压力考察钻孔抽采13 天时，瓦斯压力从0.08MPa 下降到0.03MPa，降幅为62.5%, 降幅大于51%；故可确定钻孔抽采13 天满足了抽采和消突双达标要求，1m 为有效抽采半径。

6#压力考察钻孔抽采13 天时，瓦斯压力从0.11MPa 下降到0.05MPa，降幅为54.5%，降幅大于51%；故可确定钻孔抽采13 天满足了抽采和消突双达标要求，1.5m 为有效抽采半径。

3#压力考察钻孔抽采13 天时，瓦斯压力从0.06MPa 下降到0.02MPa，降幅为66.6%，降幅大于51%；故可确定3#钻孔抽采13 天满足了抽采和消突双达标要求，2m 为有效抽采半径。

14#压力考察钻孔抽采15 天时，瓦斯压力从0.17MPa 下降到0.07MPa，降幅为58.8%，降幅大于51%；故可确定14#钻孔抽采15 天满足了抽采和消突双达标要求，2.5m 为有效抽采半径。

13#压力考察钻孔抽采18 天时，瓦斯压力从0.18MPa 下降到0.08MPa，降幅为55.5%，降幅大于51%；故可确定13#钻孔抽采18 天满足了抽采和消突双达标要求，3m 为有效抽采半径。

4#压力考察钻孔抽采20 天时，瓦斯压力从0.12MPa 下降到0.05MPa，降幅为58.3%，降幅大于51%；故可确定4#钻孔抽采20 天满足了抽采和消突双达标要求，3.5m 为有效抽采半径。

5#压力考察钻孔抽采18 天时，瓦斯压力从0.10MPa 下降到0.05MPa，降幅为50%，降幅小于51%。故钻孔距抽采孔间距4.5m 为本次考察无效抽采半径。

4 结论

综上所述，通过现场考察和综合分析，钻孔抽采后能满足一定抽采时间内测压孔瓦斯压力下降不低于51%，判定为有效抽采半径。

最终确定3 号煤层在钻孔直径75mm，抽采负压不低于13KPa 时的有效抽采半径为：

（1）抽采13 天时，抽采钻孔有效抽采半径为2m。

（2）抽采15 天时，抽采钻孔有效抽采半径为2.5m。

（3）抽采18 天时，抽采钻孔有效抽采半径为3m。

（4）抽采20 天时，抽采钻孔有效抽采半径为3.5m。