羊東礦瓦斯抽采半徑考察研究

王力

摘? 要：為了考察羊東礦瓦斯抽采半徑，以合理布置抽采間距。通過壓降法測定穿層鉆孔瓦斯有效抽采半徑，同時用SF6氣體示蹤法現場實測了同一煤層順層鉆孔的有效抽采半徑。現場測試結果表明，試驗煤層在12kPa抽采負壓，抽采半徑6.5m時兩種抽采方式的抽采天數分別為75d，61d。穿層鉆孔的有效抽采半徑明顯小于順層鉆孔的有效抽采半徑，這對抽采設計中合理選擇鉆孔間距具有十分重要的意義。

關鍵詞：抽采半徑;順層鉆孔;穿層鉆孔;SF6氣體示蹤;瓦斯抽采

中圖分類號：TD712? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0067-04

Abstract： In order to determine the extraction radius of Yangdong coal mine， the effective extraction radius of the drill hole through the seam was measured by the pressure drop method， and the effective extraction radius of the drill hole along the seam was measured by the SF6 gas tracing method in the field. The field test results show that the extraction days of the two methods are 75d and 61d respectively when the negative pressure is 12kPa and the extraction radius is 6.5m. The effective extraction radius of the through hole is obviously smaller than that of the along hole， which is very important for the reasonable selection of the drilling spacing in the extraction design.

Keywords： extraction radius; drilling along the layer; drilling through the layer; SF6 gas tracing; gas extraction

煤礦瓦斯抽采是降低礦井瓦斯涌出量、降低煤層瓦斯壓力以及防止煤與瓦斯突出災害的重要技術措施[1-6]。合理布置抽采鉆孔間距是保證抽采效果的重要因素[7-8]。

地質資料表明：羊東煤礦2#煤層透氣性系數0.18～0.82m2/（MPa2·d），鉆孔瓦斯流量衰減系數 0.0048～0.0488d-1，屬于可抽放煤層，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為10.4m3/min。

為了確定2#煤層有效抽采半徑，本次采用現場實測法，通過瓦斯壓力降低法對穿層鉆孔抽采半徑及SF6氣體示蹤法[10]對順層鉆孔抽采半徑隨抽采時間變化情況進行考察，為指導煤礦鉆孔間距布置提供理論依據。

1 鉆孔抽采半徑的界定

《煤礦安全規程》關于預抽瓦斯防治突出效果檢驗的指標之一是煤層瓦斯預抽率大于30%，即抽采后的瓦斯含量小于抽采前的30%以上。《煤礦瓦斯抽采基本指標》（AQ1026-2006）規范中要求，在沒有考察出煤層始突深度的煤層瓦斯含量時，煤層瓦斯含量必須降到8m3/t以下。

在《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》中，抽采后煤的殘余瓦斯壓力與瓦斯含量存在函數關系如下：

式中：Wcy-殘余瓦斯含量，7.947m3/t;a，b-吸附常數，a=32.546m3/t，b=0.682MPa-1;Pcy-煤層殘余相對瓦斯壓力，MPa;Pa-標準大氣壓力，0.101325MPa;Ad-煤的灰分，%，Ad=18.32%;Mad-煤的水分，%，Mad=0.66%;π-煤的孔隙率，%，π=4.00%;？酌-煤的容重（假密度），t/m3，？酌=1.68t/m3。

因此，抽采前后瓦斯含量降低的比例和瓦斯壓力降低的比例也是存在正相關性。如果煤層瓦斯預抽率達到30%（即殘余瓦斯含量為原始瓦斯含量值的70%），將煤層相關吸附常數、孔隙率等參數帶入公式中，從而得到殘余瓦斯壓力與原始瓦斯壓力的比率，求出煤層瓦斯預抽率達到30%時對應的煤層瓦斯壓力下降量。相對壓力指標法測定鉆孔的有效半徑就是依據這個原理來進行判定。

通過將羊東礦2#煤層相關參數帶入公式（1）中，計算得出當煤層瓦斯預抽率為30%時，瓦斯壓力為原始瓦斯壓力的60.38%。

2 現場測試及結果分析

2.1 試驗鉆孔

使用相對瓦斯壓力指標法測定2#煤層瓦斯抽采半徑的方法，來實現回采工作面預抽、區域防突預抽等情況。抽放鉆孔布置地點可以是回采工作面、礦井主要大巷以及礦井高位或者低位抽瓦斯巷內。

通過現場調研分析，結合煤礦井下實際情況，確定在五一回風下山121～125點區間進行穿層鉆孔抽采半徑考察工作;在X5-8460-2陷落柱治理巷以里95m處進行順煤層鉆孔抽采半徑考察。

（1）穿層鉆孔

穿層鉆孔抽采半徑考察布置1個抽采孔和6個測壓孔，布置方式見圖1。

（2）順層鉆孔

順層鉆孔布置圖見圖2，其中抽采孔6個，SF6注氣孔3個。

2.2 穿層抽采鉆孔數據分析

瓦斯抽放考察孔于2018年6月底開始施工，待測壓孔瓦斯壓力穩定后進行抽采孔施工，同時并接入井下瓦斯預抽系統，抽采負壓12kPa，記錄各測壓孔瓦斯壓力變化數據。抽采孔抽采半徑測量時間為7.19～10.26，累計101d;通過對檢測數據匯總分析，數據擬合，繪制鉆孔壓力變化曲線圖，圖3為抽采間距為6.5m考察鉆孔壓力變化圖。

通過圖3可以得出以下規律：鉆孔瓦斯壓力在鉆孔開始抽采后，總體呈現降低趨勢;觀測孔與抽采鉆孔間距越大，所需抽采時間就越長。

鉆孔抽采半徑測定結果見表1。

分析表1中數據可知，對抽采有效時間與抽采半徑進行冪指數線性擬合，得到擬合曲線如圖4所示，得到擬合曲線公式：

有效抽采半徑：Rc=1.7842t0.3358

式中：Rc-抽采有效半徑，m;t-抽采時間，d。

分析可知：通過穿層鉆孔對8#煤層進行抽采，當抽采時間為75d時，抽采半徑達到6.5m;并且穿層鉆孔瓦斯抽采半徑與抽采時間存在Rc=1.78240.3358的指數相關性。

2.3 順層抽采鉆孔數據分析

順層鉆孔抽采半徑考察孔于2018年6月上旬開始施工，封孔后，向注氣孔注入SF6氣體，并關閉注氣閥門，并將抽采孔接入礦井已有的預抽管路進行抽采，每天采集抽采孔氣樣，檢測氣樣中是否含有SF6。其中：抽采孔抽采半徑測量記錄時間跨度為7月18號到9月27日末共計70d;根據各抽采孔檢測出SF6日期，確定順層鉆孔抽采半徑隨抽采時間變化情況。

抽采孔內SF6濃度如圖5所示：

順層抽采半徑測定結果見表2。

將表2中抽采有效時間與抽采半徑進行冪指數線性擬合，擬合曲線如圖6所示，可以得出如下公式：

有效抽采半徑：Rc=1.0532t0.4142

式中：Rc-抽采有效半徑，m;t-抽采時間，d。

根據以上得出：抽采時間為61d時，抽采半徑為6.5m.在負壓12kPa下，順層鉆孔瓦斯抽采半徑與抽采時間存在Rc=1.4576t0.95082的關系。

2.4 差異性原因分析

上述研究可知：當順層鉆孔和穿層鉆孔在相同抽采條件下抽采半徑有較大差異，順層鉆孔的抽采半徑明顯大于穿層鉆孔抽采半徑，主要受到鉆孔中瓦斯滲流場影響。對于穿層鉆孔則是以沿煤層層理方向流動的徑向流為主（圖7a中實線箭頭），抽采影響范圍呈圓形。而對于順層鉆孔，除了徑向流動以外（圖7b中實線箭頭），還有沿煤層層理方向流動的單向流動（圖7b中虛線箭頭），綜合影響范圍下影響范圍呈橢圓形，造成其抽采半徑在鉆孔水平平面范圍擴大。

3 結論

（1）利用壓降法對2#煤層穿層鉆孔進行抽采半徑測試，抽采時間為75d時，抽采半徑為6.5m。在抽采負壓12kPa，鉆孔直徑Φ113mm下，抽采有效時間與抽采半徑的關系為：Rc=1.0422t0.4145。

（2）利用SF6法對2#煤層順層鉆孔進行抽采半徑考察，抽采時間為61d時，抽采半徑達到6.5m，在抽采負壓12kPa，鉆孔直徑Φ113mm下，順層鉆孔瓦斯抽采半徑與抽采時間存在Rc=1.4576t0.95082的關系。

（3）相同時間、負壓、煤層的條件下穿層鉆孔抽采半徑要小于順層鉆孔的抽采半徑，主要原因是瓦斯滲流差異的原因。

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