密集鉆孔對構造區瓦斯噴出的影響

謝 坤

淮南礦業集團潘一礦 232001

密集鉆孔對構造區瓦斯噴出的影響

謝 坤

淮南礦業集團潘一礦 232001

鉆孔內瓦斯噴出也叫鉆孔噴孔，是瓦斯孔內突出的一種表現形式，因此研究施工地點的瓦斯賦存規律便可以從源頭上避免噴孔事故的發生。區域密集鉆孔指的是在一定范圍內對煤巖層施工密度較大的鉆孔，從而對煤層內瓦斯進行充分抽放，常見于井筒揭煤鉆、局部高壓卸壓鉆等，區域密集鉆孔在構造區域對瓦斯地噴出有一定的影響。

噴孔；瓦斯賦存；區域密集鉆孔；構造

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

1 構造對瓦斯賦存的影響

地質構造的分布直接或間接的影響著地應力條件的變化、瓦斯壓力的分布、瓦斯含量的高低以及煤體吸附態瓦斯的釋放程度，地質構造發育段往往是瓦斯壓力較高段，瓦斯富集段。

2 區域密集鉆孔影響瓦斯賦存的因素

2.1 影響瓦斯的儲存空間

2.1.1 瓦斯的儲存空間

瓦斯在形成噴出的一個條件即是在煤（巖）層中要有良好的儲存條件，瓦斯在煤層中的賦存狀態主要有游離和吸附兩種。由于煤的孔隙多為0.5nm～2nm，1g無煙煤的表面積可達200m。因此，煤體內賦存瓦斯狀態以吸附狀態為主，游離狀態為輔。煤層內存在有孔隙和裂隙兩個系統，煤巖基塊內孔隙的容積占煤孔隙和裂隙總容積的絕大部分，是瓦斯氣吸附儲集的主要空間。構造發育的區域也為瓦斯的積聚提供了更多空間。

2.1.2 密集鉆孔的施工對瓦斯儲存空間的影響

密集鉆孔的施工過程中，由于鉆孔密度較大，鉆孔與鉆孔相互影響，鉆孔對煤層擾動明顯，煤層在小范圍開始演變為相對松散，裂隙大量增加，吸附態瓦斯解吸為游離氣相，出現瓦斯局部富集。密集鉆孔有利于增加瓦斯的儲存空間，對瓦斯地噴出影響較大。

2.2 影響瓦斯的運移

瓦斯在煤層的運移方式有擴散與滲透兩種，擴散主要以菲克擴散為主，其滲透滿足達西定律：

V—滲透速度；K—滲透系數；I—壓力梯度

鉆孔的出現，破壞了原始煤層的壓力平衡，使得原始煤層吸附態瓦斯平衡發生緩慢解吸，鉆孔在地質影響帶鉆進時，引起鉆孔擾動范圍內吸附態瓦斯進一步解吸，煤層內與外界瓦斯濃度梯度增大，隨著濃度梯度的增大引起瓦斯擴散速度的增加，地質構造帶引起的煤巖體破碎、裂隙發育等因素，進一步加速了瓦斯在自然裂縫網絡中迅速流動。如果速度、壓力增加到一定程度，煤巖體達到失穩狀態，噴孔便會出現。

2.3 對瓦斯噴出的影響

鉆孔快速鉆進使破裂區內煤體的失穩拋出，造成富含高壓瓦斯的煤體突然暴露,同時地應力和瓦斯壓力平衡被破壞使瓦斯、煤粉被拋出煤體，形成打鉆噴孔；打鉆擾動使涌出的瓦斯急劇膨脹推動、加速，鉆屑物的向孔外運移從而沖出孔口,形成噴孔。噴孔常發生在瓦斯壓力大、瓦斯含量高的區域。

斷層對煤層內瓦斯的賦存有著決定性的影響，對于在斷層影響范圍內的密集鉆孔來說，密集的鉆孔將煤體內的瓦斯連通起來，形成一個較大范圍的瓦斯賦存空間；密集鉆孔的施工，鉆孔周圍形成卸壓區，煤層內吸附態瓦斯含量大大增加，易形成高壓瓦斯，靠近鉆孔周圍的透氣系數較大，解吸后的大量富集瓦斯得以迅速釋放出來，形成噴孔。

3 工程實例

3.1 潘一礦第二副井穿4～1煤密集鉆孔的施工對瓦斯噴孔的影響

2008年4月20日潘一礦第二副井迎頭施工揭煤卸壓孔，在該范圍內共設計了272個鉆孔，鉆孔間距為0.5米，屬于密集鉆孔。鉆孔穿透4-1煤層，煤層松軟，煤厚3.5m，煤層頂底板為砂質泥巖，透氣性差，且該煤層屬于高瓦斯煤層。該日施工247#鉆孔時，鉆進至18米處出現噴孔，該孔施工方位190°，傾角為-41.5°，設計深度25米，噴孔后引起瓦斯高值超限。

圖1 潘一礦第二副井鉆孔噴孔地點平面示意圖

3.2 影響因素分析

根據密集鉆孔周圍透氣性分布規律的模型試驗可知，密集鉆孔周圍透氣點的滲透系數隨著載荷的增大呈指數型增加，在施工鉆孔過程中瓦斯監測數據顯示，噴孔后引起了瓦斯高值超限，超限值達到4%，證明了上文所述的由于高密度的鉆孔的施工引起該區域內瓦斯相對富集。由圖1可以看出在揭煤段發育有一條小斷層，落差為0.5m，當鉆孔大量施工后，隨著井筒圍巖應力的二次平衡，煤體載荷增加，該斷層作為透氣點滲透系數增加，加劇了瓦斯的解吸釋放，引起瓦斯噴孔。

4 結語

區域密集型鉆孔的施工對瓦斯地噴出有著重要的影響，尤其是在構造影響帶。密集鉆孔的施工對于低透氣性煤層的瓦斯卸壓有著良好的效果，但是正是由于鉆孔施工后的煤層透氣性好，易引起瓦斯的迅速涌出，因此在施工該類型鉆孔時可以采用不連續的施工，增加鉆進后的抽放瓦斯時間，充分的對煤層內游離態瓦斯進行釋放，可以較好的保證施工安全。另外密集型鉆孔的施工前將該區域內的構造賦存形態了解清楚，并對于鉆孔施工時制定相應的施工措施，避免鉆孔抽采瓦斯時出現噴孔，從而保證施工安全。

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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

謝坤（1983—）男，安徽淮南人，在淮南礦業集團潘一礦地測科從事煤礦地質工作。