順層鉆孔壓降法確定瓦斯抽采半徑實踐與應用

張曉虎

(汾西礦業集團中盛煤礦，山西靈石031305)

順層鉆孔壓降法確定瓦斯抽采半徑實踐與應用

張曉虎

(汾西礦業集團中盛煤礦，山西靈石031305)

針對某煤礦煤層抽采難易程度為勉強抽采的11－2煤層，提出了采用順層鉆孔壓降法測試，介紹了測試原理及具體方法，并將該方法進行了現場試驗，測試結果表明:11－2煤層釆用94 mm鉆孔進行煤層瓦斯抽釆，當抽釆負壓為16 kPa，抽采時間為32 d時，其抽釆影響半徑為3.5 m，鉆孔抽采27 d時影響半徑為3 m，抽釆37 d后影響半徑為4 m，抽釆45 d后影響半徑為5 m．根據抽釆時間與半徑之間的冪函數關系，優化了11－2煤層底板順層鉆孔的布置，為該煤礦瓦斯抽采及防治工作提供了重要依據。

順層;鉆孔;壓降法;抽采半徑

為確保煤礦安全生產，降低礦井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出災害的發生，采用瓦斯抽放技術成為一種重要的手段。鉆孔抽放煤層瓦斯是目前單一煤層開采的高突礦井治理瓦斯的重要技術途徑，瓦斯抽采半徑是該措施的一項重要參數，其合理與否直接關系到防突效果和防突成本。鉆孔間距過大，容易形成抽放盲區，無法消除甚至增加突出危險性，進一步引發煤與瓦斯突出事故;鉆孔間距過小，會發生串孔現象，容易造成人力和物力的浪費。因此，確定合理的瓦斯抽采半徑參數對提高抽采效果、快速消除突出危險性具有重要的現實意義。

某煤礦采用立井分區開拓方式，設計生產能力5.0 Mt/a．礦井工業廣場內設主井、副井和回風井3個立井井筒，采用立井、集中石門、分層大巷的開拓方式，現為中央并列式通風，抽出式通風方法。礦井實際瓦斯絕對涌出量為129.82 m3/min，相對瓦斯涌出量9.75 m3/t，根據2010年新出版的《煤礦安全規程》第133條規定:“礦井的相對瓦斯涌出量大于10 m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40 m3/min時就是高瓦斯礦井”。可以判定該煤礦為高瓦斯礦井，除東一采區13－1煤層在F83斷層以東標高線－730m以淺區域為無突出危險區外，其余地點都視為突出危險區。

1 壓降法測試原理及步驟

采用壓力下降法，即按一定的要求布置一系列鉆孔(包括一個抽采孔及若干個測試孔)，分別在各個測試孔中安裝壓力表，測試各個鉆孔的煤層瓦斯壓力，當瓦斯壓力穩定后，抽采孔進行抽釆，考察各測試孔瓦斯壓力變化情況，進而判斷抽采范圍。

采用直線布置形式測試時，在測試地點布置若干鉆孔，其中1個為抽采孔，其余為測壓孔，抽采鉆孔直徑為94 mm，測壓鉆孔直徑為75 mm。測試孔直線形式布置示意圖見圖1.

圖1 直線布置示意圖

結合該礦實際情況，本次測試采用鉆孔直線布置設計，具體實施步驟如下:

1)在巖巷中選擇巖性致密，且無斷層、裂隙等地質構造，施工處打1組鉆孔(包括測壓孔和抽采孔)，鉆孔相互平行;然后從測壓鉆孔中引出測壓管裝上壓力表，再將鉆孔進行良好的密封。

2)對抽采鉆孔聯網預抽前，不間斷對測壓孔內瓦斯壓力進行測定，直至壓力保持穩定。

3)打開抽釆閥門進行抽采，繼續觀察記錄預抽孔周圍各個測試孔的壓力值并匯總成表格，根據各個測試孔的壓力變化趨勢繪制壓力變化曲線圖。當一個測試孔讀取的壓力值連續3次都比抽釆前下降10%以上，則說明該測試孔處于預抽孔影響區域內，把距離抽采孔最遠的那個被影響到的測試孔作為預抽孔的抽采影響范圍，此距離即抽采影響半徑。

2 11－2煤順層鉆孔抽采半徑試驗

由于壓力降低法對鉆孔封孔質量要求較高，以多次成孔、多次封孔的方法測壓，也存在鉆孔封孔失敗的現象，為獲得更準確的數據，11－2煤順層鉆孔抽采半徑試驗共進行兩次。

2.1 第一次試驗

1)測點布置。

此次順層鉆孔抽采半徑試驗選擇在11煤1242 (1)軌順外段進行，測試地點為距離西一11－2回風大巷157 m處的1242(1)軌順北側，見圖2.

圖2 順層鉆孔瓦斯抽采半徑測點布置圖(第一次試驗)

2)鉆孔參數。

測試鉆孔相互平行，為了避免巷道裂隙對測壓的影響，鉆孔設計封孔長度要在巷道裂隙圈及預抽影響范圍區域以外，鉆孔方位角設計為90°，抽采鉆孔直徑為94 mm，測壓鉆孔直徑為75 mm，各鉆孔參數見表1.

表1 11－2煤順層鉆孔布置參數表(第一次試驗)

3)分析及結論。

根據數據，繪制各鉆孔瓦斯壓力變化圖見圖3.

圖3 順層鉆孔瓦斯壓力變化圖(第一次試驗)

從圖3可以看出，本次實驗有兩個鉆孔始終存在瓦斯壓力，分別為CY11－5、CY11－6．CY11－1、 CY11－2自成孔后，壓力逐步下降，直至為0，CY11－3、CY11－4在9月29日加壓風后，維持幾天壓力，而后馬上衰減為0．其原因為:

a)打鉆過程中由于鉆進速度比較快，以致鉆孔不能保持設計的角度，鉆孔向底板偏移較嚴重，部分鉆孔打到底板巖層，無法保證方案中的全煤鉆孔，嚴重影響了測試結果。

b)“兩堵一注”封孔方法實際現場應用不到位，孔口漏氣較為嚴重，需加強孔口封堵質量，確保孔口嚴密性。

c)由于地壓，部分順層孔被破壞。

在10月25日后，采用CY11－2為抽采孔，從圖3可以看出，CY11－5、CY11－6壓力基本保持不變，說明抽采效果不理想，其原因為:測壓管直徑太小，對抽采效果造成不利影響。在2012年11月4日后，停止CY11－2孔抽采，將抽采管路接入CH11－1孔進行抽采。從圖3可以看出:

抽采前后，CY11－5壓力始終呈現逐漸下降趨勢，無法判斷抽采影響效果。

抽采前后，CY11－6壓力較為穩定，從2012年 11月4日開始抽采，至2012年12月6日，即抽采32天后，CY11－6壓力自0.08 MPa下降至0.06 MPa，壓力下降百分比為25%．可判定，抽采32天后，11煤順層孔抽采瓦斯影響半徑為3.5 m．

2.2 第二次試驗

1)測點布置。

此次順層鉆孔抽采半徑試驗選擇在11煤1242 (1)軌順進行，測點布置見圖4.

圖4 順層鉆孔瓦斯抽采半徑測點布置圖(第二次試驗)

2)鉆孔參數。

鉆孔方位角設計為90°，抽采鉆孔直徑為94 mm，測壓鉆孔直徑為75 mm，各鉆孔參數見表2.

表2 11－2煤順層鉆孔布置參數表(第二次試驗)

3)分析及結論。

根據實測數據，繪制各鉆孔瓦斯壓力變化圖，見圖5.

圖5 順層鉆孔瓦斯壓力變化圖(第二次試驗)

a)通過對前期數據觀察發現，鉆孔壓力呈逐漸上升趨勢，基本符合原始煤層瓦斯壓力變化趨勢，在2013年3月26日之后，3個觀察鉆孔壓力趨于穩定。

b)2013年4月1日，采用KH11－1為抽采孔，鋪設瓦斯抽采管道，開始抽采，2013年4月28日，即抽采之后27日，KY11－1首先出現壓力下降現象，而后隨抽采時間增加，壓力逐步下降，自0.35 MPa下降至0.07 MPa，瓦斯壓力下降百分比為80%．

c)2013年5月8日，即抽采之后37日，KY11－2出現壓力下降現象，而后隨抽采時間增加，壓力逐步下降，抽采后48天，即2013年5月19日壓力自0.26 MPa降至0.09 MPa，此后趨于穩定，瓦斯壓力下降百分比為65%．

d)2013年5月16日，即抽采之后45日，KY11－3出現壓力下降現象，而后隨抽采時間增加，壓力逐步下降，抽采后53天，即2013年5月24日壓力自0.20 MPa下降至0.12 MPa，此后趨于穩定，瓦斯壓力下降百分比為40%．

2.3 試驗結果分析

11－2煤層順層鉆孔瓦斯抽采半徑共進行兩次試驗，其結果如下:

1)第一次試驗測得，鉆孔抽采32天時，其抽采瓦斯影響半徑為3.5 m．

2)第二次試驗測得，鉆孔抽采時間分別為27天、37天、45天時，其抽采瓦斯影響半徑分別為3 m、4 m、5 m．

3)在煤層賦存條件一定和鉆孔瓦斯抽采負壓一定的情況下，根據對瓦斯流動的相關分析，鉆孔抽采時間與抽采瓦斯影響半徑符合冪函數關系，依據兩次測定結果，將抽采半徑的數據進行曲線擬合見圖6，由圖6可得，鉆孔抽采時間與抽采瓦斯影響半徑關系為:y=0.111 5x0.996．

圖6 順層鉆孔抽采時間與抽采半徑擬合曲線圖

3 結論

11－2煤層采用孔徑94 mm抽采鉆孔進行煤層瓦斯抽采，當抽釆負壓為16 kPa，抽采時間為32 d時，其抽采影響半徑為3.5 m，鉆孔抽釆27 d時影響半徑為4 m，抽釆37 d后影響半徑為4 m，抽釆45 d后影響半徑為5 m．得出鉆孔抽采時間與抽采瓦斯影響半徑關系為:y=0.111 5x0.996．

［1］曹新奇，辛海會，徐立華，等．瓦斯抽放鉆孔有效抽放半徑的測定［J］．煤炭工程，2009(9):88－90．

［2］范濤，王彥，樊中陽，等．崔廟煤礦二1煤層穿層鉆孔抽放半徑測定研究［J］．煤炭技術，2008(4):66－68．

［3］王偉有，汪虎．基于COMSOLMultiphysics的瓦斯抽采有效半徑數值模擬［J］．礦業工程研究，2012，29(4):596－600.

［4］余陶，盧平，孫金華，等．基于鉆孔瓦斯流量和壓力測定有效抽采半徑［J］．采礦與安全工程學報，2012(6):82－84.

［5］王魁軍，張興華．中國瓦斯抽采技術發展現狀與前景［J］．中國煤層氣，2006，3(1):13－16.

［6］國家安全生產監督管理總局．煤礦安全規程［M］．北京:煤炭工業出版社，2010:21－23.

［7］杜澤生．平寶公司首山一礦己16－17煤層瓦斯抽放半徑測定［J］．煤礦安全，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

張曉虎(1974—)，男，山西介休人，1997年畢業于山東礦業學院，工程師，主要從事煤礦采掘技術管理和技術研究工作(E－mail)hyzfmkj@sina．com