西銘礦48707工作面瓦斯孔抽采半徑研究

孫東民

（山西焦煤西山煤電集團公司西銘礦，山西 太原 030052）

0 引 言

瓦斯是影響礦井安全生產的重要因素，目前，治理瓦斯最常用的方式是瓦斯抽采，本煤層瓦斯抽采是工作面治理瓦斯超限的重要技術手段。在瓦斯抽采過程中，只有根據瓦斯抽采半徑確定合理的鉆孔間距和數量，才能保障工作面瓦斯抽采的效果，若鉆孔間距過大，則存在瓦斯抽采盲區，影響瓦斯的抽采效果；若鉆孔間距過小，則可能出現串孔顯現，導致抽采效率低下，造成一定的人力和物力的浪費，因此，確定合理的抽采半徑對提高瓦斯抽采效率，保障抽采效果有著重要意義[1]。

目前，對于確定瓦斯抽采半徑的方法主要包括壓降法、數值模擬法、氣體示蹤法和瓦斯流量法等。幾種方法各有優劣，在實際操作中，利用壓降法確定抽采半徑時，受封孔質量和水壓等因素的影響，很難測到真實的瓦斯壓力，難以確定合理的瓦斯抽采半徑；數值模擬法雖然更加便捷，但其建立的模型往往過于理想化，所得抽采半徑與實際存在較大誤差；氣體示蹤法受井下實際條件影響，對封孔要求過高，測定的成功率往往不高[2-4]。因此，本文利用瓦斯流量法，根據西銘礦48707工作面實際地質條件，確定本煤層瓦斯鉆孔的抽采半徑。

1 工作面概況

西銘礦屬于西山煤電旗下主力礦井，位于山西省太原市附近，48707工作面位于1018水平北七采區，主采8號煤層，工作面標高為+1014～+1052m，對面標高+1256～+1485m，蓋山厚度220～446m，平均333m。煤層厚度為4.30～7.30m，平均6.10m，傾角為2°～18°，平均5°，煤層節理發育，結構復雜。煤層上部夾石為0.60～3.50m，平均2.40m，巖性為泥巖或砂質泥巖；下部夾石為0.30m左右的頁巖或炭質頁巖。8號煤上分層厚度0.55～0.70m，平均0.60米；下分層厚度2.84～3.40m，平均3.10m，厚度變化不大，屬單一穩定的中厚煤層。工作面絕對瓦斯涌出量為25m3/min，相對瓦斯涌出量為7.2m3/t，根據該采區其他工作面的瓦斯抽采半徑測試，在抽采60d條件下，抽采半徑約為3.0m左右。

2 瓦斯抽采測定

2.1 測定原理

瓦斯抽采就是利用煤層中瓦斯壓力和鉆孔內負壓的共同作用，將煤層內瓦斯抽出，在鉆孔周圍，會形成以鉆孔中心線為軸心的近似圓形的抽采影響圈，影響圈半徑即瓦斯的抽采半徑，隨著抽采時間的增長，瓦斯抽采半徑隨之增大，直到壓力過小，不足以使瓦斯順利抽出為止。而利用瓦斯流量法測試瓦斯抽采半徑，就是在抽采孔附近布置瓦斯涌出觀測孔，當觀測孔內瓦斯涌出量連續四次縮減量大于10%或涌出量為負時，則此觀測孔與抽采孔之間的距離就是對應抽采時間內的瓦斯抽采半徑。

2.2 鉆孔布置

鉆孔在距離48707工作面切眼60m處的運輸巷中布置，在抽采孔兩側各布置3個觀測孔，見圖1。

圖1 鉆孔布置

如圖所示，1#～6#孔為觀測孔，鉆孔深度為50m，直徑為94mm，觀測孔中間為抽采孔，抽采孔深度為60m，直徑也為64mm，由于煤層平均傾角為5°，屬于近水平煤層，觀測孔與抽采孔處于同一高度，均垂直煤壁布置。鉆孔施工完成后，要及時進行封孔工作，封孔應采用聚氨酯和直徑為50mm的塑料管，觀測孔封孔深度為8m，抽采孔為12m，利用分段封孔的方法，以提高封孔質量，封孔示意圖如圖2所示。封孔工作完成后，開始對瓦斯進行抽采觀測，為保證抽采工作順利進行，抽采孔負壓應保持在13.8～15.2kPa。

圖2 封孔示意圖

2.3 施工工藝

1）選擇鉆孔位置時，要注意盡量避開滲水明顯的地段，減少水壓對觀測的影響，鉆機工作時，要密切關注工作情況，避免安全事故的發生；

2）鉆機退桿過程中，要保持緩慢速度，同時保持高壓通風，盡量吹凈鉆孔內的碎屑；

3）封孔速度要快，施工前要對鉆孔進行透孔處理，封孔時間不得超過2min；

4）瓦斯抽采前，要對抽采系統進行仔細檢查，確保抽采管路通暢且沒有漏氣現象。

2.4 觀測方法

瓦斯抽采開始后，利用觀測孔對瓦斯涌出量進行觀測，每天觀測一次，共觀測60d，記錄數據，繪制瓦斯涌出量變化曲線，根據觀測結果，確定瓦斯抽采鉆孔有效影響半徑，然后對數據進行回歸分析，確定擬合方程，得到相應時間內的瓦斯抽采半徑。

3 觀測結果及分析

瓦斯抽采過程中，觀測1#～6#觀測孔內的瓦斯涌出量，記錄數據，并繪制變化曲線，如圖3所示。

圖3 各鉆孔瓦斯流量變化曲線

根據抽采半徑測定原理，可得出以下結論：

1）1#觀測孔在觀測第8d時瓦斯涌出量降為0,但是，距離抽采孔更近的2#、3#觀測孔瓦斯涌出量縮減幅度較小，說明瓦斯抽采影響范圍并未影響到1#孔，1#觀測孔數據的異常變化可能由于封孔質量不佳，因此該孔數據無效，沒有參考價值；

2）2#觀測孔在觀測第45d時，瓦斯涌出量連續4次降幅超過10%，由此可以確定在第45d時，瓦斯抽出影響范圍到達2#觀測孔，抽采半徑為2.5m；

3）3#觀測孔在觀測第9d時，開始受到瓦斯抽采的影響，在第18d時，瓦斯涌出量連續4次降幅超過10%，由此可以確定在第18d時，瓦斯抽出影響范圍到達3#觀測孔，抽采半徑為1.5m；

4）4#觀測孔在觀測第8d時，瓦斯涌出量連續4次降幅超過10%，由此可以確定在第8d時，瓦斯抽出影響范圍到達4#觀測孔，抽采半徑為1.0m；

5）5#觀測孔在觀測第4d后，瓦斯涌出量降幅明顯減小，且現場觀測到孔內開始充水，因此該孔數據無效，不具有參考價值；

6）6#觀測孔在觀測第5d時瓦斯涌出量降至0，經現場觀測，可能是由于孔內塌陷導致，因此，該孔數據也應舍棄。

通過上面的分析，2#、3#和4#觀測孔為有效觀測數據，在抽采8、18、45d時，瓦斯抽采影響半徑分別為1.0、1.5、2.5m，利用回歸分析的方法，對以上數據進行擬合，可得回歸方程為

式中：y為抽采半徑，m；t為抽采時間，d。相關系數R2=0.992，擬合曲線如圖4所示。

圖4 瓦斯抽采半徑與時間的擬合曲線

根據擬合方程，可得不同時間下的瓦斯抽采半徑如表1所示。

表1 不同時間下瓦斯抽采半徑

由圖4和表1可以看出，在抽采60d時，瓦斯抽采半徑為2.84m，與鄰近工作面測試結果（3m左右）接近，說明該測試結果基本可靠，瓦斯抽采90d時，抽采半徑為3.22m，且抽采半徑增幅逐漸放緩，在180d時，抽采半徑為3.89m。在實際生產中，一般瓦斯抽采時間為90～180d，因此該工作面的瓦斯抽采半徑為3.22～3.89m。

4 結 論

為確定本煤層瓦斯抽采半徑，根據48707工作面實際條件，利用瓦斯流量法對抽采半徑進行現場測定，得到以下結論：

1）分析各瓦斯抽采半徑測定方法的優缺點，確定采用瓦斯流量法，分析其測定原理，提出測定布置方案；

2）根據測定結果，繪制瓦斯流量變化曲線，利用回歸分析的方法，得到擬合方程，最后確定在抽采90～180d的條件下，瓦斯抽采半徑為3.22～3.89m，為工作面瓦斯抽采鉆孔的合理布置提供參考，有效提高了瓦斯抽采效率。