李家楼煤业2 号煤层预抽钻孔抽采半径研究

王 宁

（太原东山李家楼煤业通风部，山西 太原 030009）

0 引 言

1 矿井基本情况

李家楼煤业位于太原市清徐县城西北6.0 km处，马峪乡葡峰山庄一带，矿井交通便利。批采03～9号煤层，开采标高+925～+585 m，井田面积7.542 9 km2，生产规模为1.20 Mt/a。井田地质构造属简单类型，主要可采煤层包括赋存于山西组的03、2、4 号煤层以及赋存于太原组的 5 上、5、6、8+9 号煤层等 7 个煤层。其中，2 号煤层与03 号煤层之间的平均层间距约7.50 m，与4 号煤层之间的平均层间距约15.50 m，其煤厚范围为1.60～3.65 m，平均2.79 m。矿井瓦斯的绝对、相对涌出量分别为36.75 m3/min、45.94 m3/t，属高瓦斯矿井。

矿井开拓方式为斜-立混合式，布置有主斜井、副斜井以及回风立井。目前，矿井正在进行2 号煤层的开采活动，采用综采采煤方法，全部垮落法管理顶板。

2 抽采半径测试方法

目前，对瓦斯钻孔有效抽采半径所采用的现场测试法主要包括压力下降法、瓦斯储量法和示踪气体法。本次李家楼煤业考察的抽采半径主要应用于2号煤层回采工作面瓦斯预抽，结合矿井的实际条件，并考虑到瓦斯储量法测试过程较为繁琐、施工工程量大，示踪气体法还处于研究阶段，可靠性不高，而压力下降法具有应用成熟、测试方便的特点；因此，本次抽采半径考察采用瓦斯压力下降法。

3 有效抽采半径测试

3.1 试验地点

采用瓦斯压力下降法测试煤层瓦斯抽采半径时，测试地点应尽量选择原始煤体，其要求类似于煤层瓦斯压力测试，具体应遵循以下原则：①测试地点的瓦斯赋存情况和地质单元有代表性，煤体无断层、裂隙等构造完整未破坏；②测试钻孔与巷道内含水层、溶洞等地质构造地点之间的距离要大于50 m；③测试钻孔要远离工作面采动、抽采等卸压情况的影响；④测试钻孔所处的工作面回采日期必须满足考察所需的抽采时间；⑤测试地点施工测试钻孔的供风、用水、用电等条件必须符合要求，并确保现场施工作业安全。

根据上述原则，选择1204 胶带顺槽里程900～950 m 范围处作为本次抽采半径测试的施工地点，如图1 所示。

图1 测试地点示意图

3.2 现场试验

1）选择未施工瓦斯抽采钻孔的1204 胶带顺槽里程900～950m 范围作为现场测试地点，将施工设备与封孔材料运抵瓦斯抽采试验地点附近。按图3施工2 组测试钻孔，2 组钻孔间隔不小于20m，在里程900m 施工第一组压力测试孔，即1、2 号孔；在里程930m 处施工第二组测试孔，即3、4 号孔。测试钻孔孔径94mm，孔深35m，仰角5°。成孔一个封一个，然后再钻进另一个，采用“两堵一注”方法封孔，封孔深度为30m，保证封孔段不漏气。钻孔布置布置如图2 所示。

图2 钻孔布置图

2）待封孔材料凝固后，在 1、2、3、4 号孔分别装上压力表，测定各测试孔压力变化情况。

表1 钻孔施工参数表

3）待压力稳定后，再分别施工抽采钻孔A 孔和B 孔，钻孔直径94 mm，孔深35 m，仰角5°。采用“2堵1 注”封孔，封孔长度为10 m，将抽采孔与抽采管网连接开始抽采，抽采负压为20 kPa；瓦斯抽采孔开始抽采后，每天安排专人读取各个观测孔的压力表数据并做好记录，再利用所记录测试数据绘制出各个测试钻孔瓦斯压力随时间变化曲线。钻孔施工参数见表1。

3.3 测试结果

3.3.1 测试数据

（5）为了解决凝结水顶部浆液脱水引起的凹陷，在注浆结束后立即在射流孔内进行静压灌浆，直至孔内液面不沉降。

根据上述方法在1204 胶带顺槽进行了试验，2019年 7 月 4 日施工 1、2、3、4 号测压孔，7 月 5 日安装压力表，7 月6 日开始读数。7 d 后，压力达到最大值并保持稳定，随即施工A、B 抽采孔并进行联抽。本次测试过程中测定的煤层瓦斯压力变化情况只是受到抽采测试孔的作用，测试过程基本与实际抽采情况相同，测试结果可以指导抽采钻孔的布置受1204 工作面采掘工程部署的影响，测试90 多天后不再继续观测，结束本次2 号煤层预抽钻孔抽采半径考察。通过历时3 个多月的观测，图3～6 所示为利用所记录测试数据绘制出的各个测试钻孔瓦斯压力随时间变化曲线。

图3 1 号钻孔煤层瓦斯压力随时间变化曲线

图4 2 号钻孔煤层瓦斯压力随时间变化曲线

图5 3 号钻孔煤层瓦斯压力随时间变化曲线

图6 4#钻孔煤层瓦斯压力随时间变化曲线

3.3.2 测试数据分析

李家楼煤业生产规模为1.20 Mt/a，工作面产量约3 000 t/d，根据瓦斯抽采相关规定，回采之前工作面的可解吸瓦斯量要≤6 m3/t，对应抽采后的残余瓦斯含量要≤7.2 m3/t，1204 工作面现场实际测出的原始瓦斯含量为10.38 m3/t，瓦斯压力0.1～0.15 MPa。根据煤层瓦斯压力与瓦斯含量之间存在抛物线型关系，当残余瓦斯压力降低为原始瓦斯压力的48%时，即瓦斯压力下降了52%时，可符合工作面回采前煤层可解吸瓦斯量的相关要求。

由测试数据及图 3～图 6 可知：在 1、2、3、4 号测压孔完成封孔后，再将压力表安装于各个钻孔，并对其进行连续观测，随后施工A、B 抽采孔并且连接抽采管路接入抽采系统。在经过57 d 连续抽采后，距离抽采孔1.0 m 的1 号测压孔压力下降52.9%；抽采86 d 后，距离抽采孔1.5 m 的2 号测压孔压力下降52.6%；抽采90 d 后，距离抽采孔2.0 m 的3 号测压孔压力下降34.8%；距离抽采孔2.5 m 的4 号测压孔压力下降33.3%。

综上所述，2 号煤层在抽采57 d 后有效抽采半径为1.0 m，在抽采86 d 后有效抽采半径为1.5 m。

4 结 论

本次预抽钻孔抽采半径测定采用的钻孔直径为94 mm，抽采负压为20 kPa，考察时间90 d。根据上述各项影响因素前提条件下，对不同的抽采时间的抽采半径进行考察研究，通过测压结果分析可得以下结论：

1）在孔径为94 mm，抽采负压为20 kPa 的条件下，在抽采57 d 后有效抽采半径为1.0 m，在抽采86 d 后有效抽采半径为1.5 m，可符合工作面回采前煤层可解吸瓦斯量的相关要求。

2）从本次现场考察抽采半径为2.0 m 和2.5 m的过程中还可以发现，当抽采半径达到一定距离时，邻近区域的瓦斯很难被抽采出来，随着抽采时间的增加，瓦斯压力下降不明显，抽采时间和抽采效果不成正比。

3）因预抽钻孔抽采半径要受到瓦斯压力、钻孔直径、抽采时间、抽采负压等因素影响，不同测试地点的抽采半径会有所差异；因此，矿井在遇到地质构造、瓦斯赋存异常区的时候，需要采用加密钻孔或其他经考察确定有效的方式，进而达到保障矿井安全生产的目的。