SDQ-50定點取樣裝置在區域防突措施效果檢驗中的應用

李 鵬

(陽泉市上社二景煤炭有限責任公司，山西省陽泉市，045200)

防突規定執行以來，“區域防突措施先行，局部防突措施補充”作為核心的“兩個四位一體”綜合防突措施已經深入人心，區域突出危險性預測和區域措施效果檢驗作為重要區域防突措施的兩個步驟，預測和檢驗的準確性直接影響著礦井的安全生產和經濟效益。因此，作為區域突出危險性預測、區域措施效果檢驗的主要手段的煤層瓦斯含量測定工作就顯得尤為重要。

瓦斯含量直接測定過程包括井下瓦斯解吸量測定、地面瓦斯解吸量測定、煤樣粉碎瓦斯解吸量測定、殘存瓦斯量計算(或測定)以及損失瓦斯量計算。DGC瓦斯含量測定裝置配合可靠的煤樣罐和煤樣粉碎機，解決了地面瓦斯解吸量測定、煤樣粉碎瓦斯解吸量測定存在的問題。因此，目前測試手段下影響瓦斯含量測定的主要因素是井下瓦斯解吸量測定。

目前，很多突出礦井在采用直接法測定煤層瓦斯含量時，在孔口采集煤樣，該方法對于大傾角煤層以及穿層孔來說，測量的誤差不大，但對于傾角不大的煤層尤其是近水平煤層來說，會產生較大的測量誤差。在孔口采集的煤樣可能混有煤孔壁上的煤粉，同時在孔深較大時，煤樣在孔內運行時間較長，不能完全滿足《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》( 以下簡稱《含量測定方法》) 中關于“煤樣從暴露到被裝入煤樣罐密封的時間不應超過5 min”的要求。

基于上述現狀，采用SDQ-50定點取樣裝置，進一步確保了用瓦斯含量進行區域效果檢驗時判定結果的可靠性，從而實現礦井安全生產。

1 試驗地點概況

試驗地點選擇在陽泉市上社二景煤礦15#煤層的15106回采工作面。15106工作面平均走向長度1035 m，傾向長度134 m，傾角7°～12°，平均傾角9°。堅固性系數0.22～0.6，透氣性系數0.03～0.08 m2/(MPa2·d)，屬于松軟低透難抽采煤層。煤層頂板為泥巖和砂質泥巖互層，底板為砂質泥巖。采用走向長壁后退式綜采放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板。

15106工作面區域防突措施采用順層鉆孔預抽煤層瓦斯，在工作面的進、回風巷施工順層鉆孔，鉆孔孔徑為120 mm，進、回風巷鉆孔長度為75 m，中間交叉16 m，鉆孔間距為5 m，鉆孔封孔深度不小于15 m。

2 現場試驗對比

2.1 SDQ-50定點取樣裝置

SDQ-50定點取樣裝置由雙壁鉆桿(直徑50 mm、扭矩≥5000 N/m)、噴射取樣鉆頭(直徑73 mm)、雙通道水尾組成。SDQ-50定點取樣裝置鉆進時壓風由鉆具內管和環形空間同時進入，再從鉆具外壁排渣；取樣時裝置采用反循環鉆進原理，即壓風由鉆具環形空間進入，經鉆具內管再把取樣鉆頭切削下來的煤樣送出，這時的壓風只攜帶了孔底煤樣，從而實現定點快速取樣。

2.2 現場試驗

鉆孔采用SDQ-50定點取樣裝置的專用鉆桿和鉆頭進行施工，風壓0.55 MPa。

在15106工作面進行區域效檢時，因工作面傾向長度為134 m，同時考慮到礦井施工工藝和條件下SDQ-50最大的取樣深度，制定沿工作面傾向方向上最大深度含量測試點盡量布置在60～80 m范圍的原則，在施工檢驗孔的過程中每鉆進10～20 m分別進行定點取樣和孔口取樣，進行瓦斯含量測定。

沿工作走向每30～50 m劃分為1個效果檢驗評價單元，在1～4評價單元考察上向孔取樣，5～9單元下向孔取樣，每個單元施工1個鉆孔進行比對，即在15106進風巷進行了4個鉆孔13組含量數據對比考察；在15106回風巷進行了5個鉆孔12組含量數據對比考察；共在9個鉆孔進行了25組含量數據對比考察，瓦斯含量測定采用DGC 瓦斯含量直接測定裝置。對比考察測試點布置如圖1所示。

圖1 對比考察點布置示意圖

現場試驗考察時，當鉆孔施工至取樣深度處時，首先采用定點取樣的方式收集一定重量的煤樣測定瓦斯含量，然后繼續鉆進，再采用孔口取樣的方式收集煤樣，再測定取樣點的瓦斯含量。瓦斯含量測定結果如表1和圖2所示。

表1 定點取樣和孔口取樣瓦斯含量數據對比

從表1和圖2可以看出，深孔取樣方式測得的瓦斯含量在4.96～14.53 m3/t，孔口取樣方式測得的含量在4.56～12.35 m3/t。除兩次定點取樣比孔口取樣所測得的瓦斯含量小以外，其余測得的瓦斯含量均比孔口取樣大，差值范圍-0.14～3.45 m3/t，平均差值0.93 m3/t；誤差率范圍為-2.31%～26.08%，平均誤差率10.24%。可見采用定點取樣的方式要比孔口取樣更可靠，尤其是在接近抽采達標臨界值8 m3/t時，采用孔口取樣時，可能判定為已經抽采達標，但采用定點取樣時，就判定為未抽采達標，從測定結果來看，采用定點取樣在一定程度上可以避免孔口接粉方式帶來的安全風險。

圖2 定點取樣和孔口取樣瓦斯含量測量數據與孔深關系圖

同時，上向孔最大取樣深度達到了62 m，下向孔最大取樣深度達到了57 m，能夠滿足工作面區域措施效果檢驗測試點對取樣深度的要求。

2.3 應用K1值指標定點取樣含量測定值的可靠性驗證

從表1中可以看出，在試驗的9個區域措施效果評價單元中，應用定點取樣有5個評價單元超過8 m3/t，孔口取樣2個評價單元超過8 m3/t，孔口取樣超標的2個評價單元，定點取樣測試結果也出現超標現象。當出現瓦斯含量超過8 m3/t時，測定了瓦斯解吸指標K1值，并且按照防突規定的要求繼續進行煤層瓦斯預抽，直到效果檢驗符合要求為止。補充區域防突措施前后含量測定數據和K1值結果對比情況見表2所示。

表2 補充區域防突措施前后含量測定數據和K1值結果對比表

從表2中可以看出，在試驗期間出現瓦斯含量超標的4個單元中，定點取樣的瓦斯含量介于8.28～14.53 m3/t，對應的K1值范圍為0.42～0.64 mL/(g·min1/2)，除1次瓦斯含量測定值在8.28 m3/t時對應的K1值為0.42 mL/(g·min1/2)，沒有滿足定點取樣所測瓦斯含量出現超標時瓦斯解吸指標K1值同時超過臨界值的情況外，其他均滿足該規律。同時在采取補充防突措施后，瓦斯含量降到8 m3/t以下，瓦斯解吸指標K1值也隨著瓦斯含量的下降而下降。表明了在應用“定點取樣+DGC”測定瓦斯含量可靠性和準確性得到了明顯提高，很好地促進了礦井安全生產。

3 結論

(1)采用定點取樣的方式上向孔最大取樣深度達到了62 m，下向孔最大取樣深度達到了57 m，能夠滿足突出煤層區域措施效果檢驗的要求。

(2)定點取樣比孔口取樣測定瓦斯含量更準確，在礦井目前工藝條件下缺少定點取樣數據時，可以探討應用孔口取樣所測得的瓦斯含量1.11倍作為區域措施效果檢驗的依據。

(3)基于“定點取樣+DGC的方式”測定瓦斯含量評價采掘工作面區域效果檢驗提高了煤層瓦斯含量測定的準確性和可靠性。瓦斯含量小于8 m3/t的區域，進行區域驗證時鉆屑解吸指標也小于臨界值；瓦斯含量大于8 m3/t的區域，進行補充防突措施后，區域驗證時鉆屑解吸指標也降到了臨界值以下，實現了工作面安全回采。