順層鉆孔抽采半徑優(yōu)化與研究

車燕兵

(山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西省長治市，047100)

1 煤礦概況

長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司井田主要含煤地層是二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，含3#、5#、7#、8-1#、8-2#、9#、11#、12#、13#、14#、15#等11煤層，3#煤層為主采煤層，位于山西組中下部，上距K8砂巖標(biāo)志18.89～51.06 m，平均距離36.13 m，層位穩(wěn)定。3#煤層厚度3.27～7.95 m，平均厚度6.02 m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，有時(shí)含有1～2層泥巖、炭質(zhì)泥巖夾矸，夾矸厚度0～0.40 m，下層夾矸一般距煤層底板0.80～1.10 m左右。煤層直接頂板一般為泥巖、砂質(zhì)泥巖，有時(shí)為炭質(zhì)泥巖偽頂；底板多為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖；局部為細(xì)砂巖，該煤層屬全井田穩(wěn)定可采煤層，目前煤礦正開采此煤層。

2 瓦斯抽采基本情況

根據(jù)中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司編制的經(jīng)坊煤業(yè)參數(shù)測定報(bào)告，3#煤層實(shí)測瓦斯含量為2.58～5.77 m3/t，瓦斯壓力為0.09～0.12 MPa，透氣性系數(shù)為0.163～0.297 m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.0089～0.0366 d-1，3#煤層鄰近層瓦斯涌出量極少，可忽略不計(jì)。回采工作面瓦斯主要來源于本煤層瓦斯和采空區(qū)瓦斯。經(jīng)長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司實(shí)測礦井瓦斯絕對涌出量8.37 m3/min，相對涌出量1.25 m3/t，瓦斯抽采難易程度屬于可以抽放類型。為預(yù)抽煤層瓦斯，設(shè)計(jì)在工作面回風(fēng)巷施工順層鉆孔，開孔高度為巷道底板以上1.5 m，在運(yùn)輸巷施工上向傾斜鉆孔，瓦斯抽放半徑為1.5 m，孔間距為3 m，瓦斯預(yù)抽鉆孔施工完成后迅速連接管路進(jìn)行預(yù)抽。抽采鉆孔布置見表1，鉆孔布置平面圖見圖1。

表1 回采工作面預(yù)抽、邊采邊抽瓦斯鉆孔技術(shù)參數(shù)表

備注：運(yùn)輸巷傾斜鉆孔，傾角隨煤層傾角改變而及時(shí)調(diào)整，終孔位置在煤層之中

圖1 回采工作面瓦斯抽采鉆孔布置平面圖

3 相對壓力指標(biāo)法測定順層瓦斯鉆孔半徑

3.1 測定原理

原始煤體內(nèi)施工抽放鉆孔，在煤層瓦斯壓力和鉆孔抽放負(fù)壓的作用下，鉆孔周圍一定范圍內(nèi)的煤體開始解吸，吸附態(tài)瓦斯轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)瓦斯，通過煤體裂隙通道運(yùn)移至抽放鉆孔中，經(jīng)抽采管道排出，使其鉆孔周圍附近處的煤體瓦斯含量降低、壓力下降。

3.2 測定方法

相對壓力指標(biāo)的測定方法。首先在煤層打一排測壓孔，如圖2所示，在每個(gè)測壓孔裝上壓力表，記錄每個(gè)測壓孔的原始?jí)毫1、P2、P3……Pn；然后進(jìn)行抽放。觀察各個(gè)測壓孔瓦斯變化情況，將瓦斯壓力下降到穩(wěn)定壓力10%以上的鉆孔視為抽放影響范圍內(nèi)鉆孔，將距抽放鉆孔最遠(yuǎn)的一個(gè)抽放影響范圍內(nèi)鉆孔到抽放鉆孔的距離視為影響抽采半徑。

因此，確定鉆孔瓦斯抽采影響半徑的指標(biāo)為瓦斯壓力下降到穩(wěn)定壓力10%以上，確定抽采有效半徑的指標(biāo)為瓦斯壓力下降51%以上。

4 測定結(jié)果

4.1 鉆孔設(shè)計(jì)

本次抽采半徑的測定采用順層壓力測試法進(jìn)行，在3-8021巷道800 m處設(shè)計(jì)順層測壓孔對?113 mm抽采鉆孔的抽釆半徑進(jìn)行考察。首先在3-8021巷800 m處垂直煤壁向工作面方向依次施工測壓孔2、3、4、5，如圖2所示，每個(gè)鉆孔長度60 m，封孔長度30 m，鉆孔間距0.5 m，呈一字型排列，鉆孔施工完立即封孔，待壓力表安裝完進(jìn)行壓力觀測，4個(gè)測壓孔壓力穩(wěn)定后，在測壓孔2左幫1 m處施工?113 mm抽采鉆孔1，鉆孔長度110 m，施工完立即封孔并連接抽采管路進(jìn)行抽采，抽采負(fù)壓不低于15 kPa，隨著抽采時(shí)間的推進(jìn)觀測測壓孔壓力變化情況，根據(jù)測定方法中壓力變化確定不同抽采時(shí)間下的抽采半徑。每組抽采半徑考察測定鉆孔參數(shù)見表2。

4.2 測定結(jié)論

利用相對壓力指標(biāo)法對經(jīng)坊煤業(yè)3#煤層?113 mm順層鉆孔有效抽采半徑進(jìn)行考察，得出經(jīng)坊煤業(yè)3#煤層?113 mm鉆孔時(shí)，抽放時(shí)間為180 d 時(shí)，有效抽采半徑為2.0 m。考慮到目前經(jīng)坊煤業(yè)本煤層預(yù)抽鉆孔抽采純量僅為2.02 m3/min，并且濃度僅為4.87%，效果較差，為了節(jié)約成本，在保證工作面瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的情況下，根據(jù)抽采半徑測定結(jié)果，將鉆孔間距調(diào)整為4 m，同時(shí)因煤層厚度為6.02 m，應(yīng)適當(dāng)提高開孔高度，且鉆孔傾角調(diào)整為煤層傾角+1°、煤層傾角+2°。

通過對順層瓦斯抽采鉆孔設(shè)計(jì)優(yōu)化，主要將鉆孔間距由3 m變?yōu)? m，調(diào)整開孔高度，依據(jù)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》，結(jié)合礦井實(shí)際瓦斯賦存情況，統(tǒng)籌考慮打鉆成本，避免不必要的浪費(fèi)，在保證工作面瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的情況下，分析此優(yōu)化設(shè)計(jì)可行。