煤礦瓦斯抽采半徑考察技術應用

邰兵

（平安煤礦瓦斯治理國家工程研究中心有限責任公司，安徽 淮南232001）

1 抽采半徑考察方法選擇

目前考察抽采半徑的有效方法有：理論分析法、數值模擬法和現場實測法等。現場實測法常采用的指標主要是瓦斯含量指標、瓦斯壓力指標和相對瓦斯壓力指標。本次利用現場實測法，以相對瓦斯壓力為指標的壓降法進行鉆孔的有效抽采半徑測定。

以相對瓦斯壓力為指標，有效抽采半徑是指在規定時間內，以抽采鉆孔為中心，該半徑影響范圍內瓦斯壓力降到安全容許值以下。因此，可以以1 個抽采孔和若干測壓孔的組合方式，在抽采鉆孔周邊按不等距離施工測壓鉆孔，進行嚴密封孔。通過測壓孔內瓦斯壓力的變化，即可確定鉆孔的有效抽采半徑。

運用拋物線方程來近似取代煤層瓦斯含量曲線，抽采前后瓦斯壓力和瓦斯含量存在一個拋物線關系，即：

式中，X 為煤層的瓦斯含量，m3/m3；

P 為煤層的瓦斯壓力，MPa；

a 為煤層的瓦斯含量系數，m3/（t·MPa1/2）

《煤礦安全規程》規定：煤層瓦斯預抽率不得低于30%，可知煤層殘余瓦斯含量不得高于原始瓦斯含量的70%，則根據以上公式可計算得出抽采后殘余瓦斯壓力不得高于原始瓦斯壓力的49%，據此可將一定抽采時間內測壓孔瓦斯壓力下降不低于51%時對應的測壓孔與抽采孔的距離作為煤層瓦斯抽采的有效半徑。

2 抽采半徑考察

2.1 抽采半徑考察方案

本次考察選擇在王家營青利煤礦12 機軌石門采用穿層鉆孔對3 號煤層進行考察。

（1）先在抽采鉆孔周圍按照一定的間距施工7 個壓力考察鉆孔和1 個抽采鉆孔。2～6#和13#、14#測壓鉆孔以1#抽采孔位置為基準布置，2#測壓孔、3#測壓孔、13#測壓孔位于1#抽采孔右側，距離分別為1m、2m、3m；4#測壓孔、5#測壓孔、6#測壓孔、14#測壓孔、位于1#抽采孔左側，距離分別為3.5m、4.5m、1.5m、2.5m。采用“兩堵一注”封孔工藝，確保封孔嚴密。

（2）安排專人每天連續觀察壓力變化情況，待壓力考察孔壓力上升穩定后，抽采鉆孔開始抽采。抽采期間繼續分別觀察2～6#及13#、14#壓力考察孔預抽天數后壓力變化情況，最后通過考察鉆孔的壓力變化情況進行分析，最終確定抽采天數后的3 號煤層抽采半徑。

2.2 考察地點概況

本次考察地點為12 機軌石門，標高為+1510m，方位角為275°，巷道斷面為9.0m2，采用錨網噴支護。考察鉆孔位于12 機軌石門1304 運輸巷開口往外58.3m 及76.3m 處，3 號煤層傾角為14°，沿12 機軌石門巷道左幫向上施鉆，鉆孔周圍50m 范圍內沒有采動或瓦斯抽放影響，對考察鉆孔無任何影響。

圖1 壓力考察孔及抽采鉆孔布置平面圖

2.3 壓力考察情況

（1）煤層壓力考察。7 個壓力考察鉆孔全部施工并封孔完畢，進行測壓。安排專人現場連續觀測，其中2#測壓鉆孔壓力穩定在0.08MPa，3#測壓鉆孔壓力穩定在0.06MPa，4#測壓鉆孔壓力穩定在0.12MPa，5#測壓鉆孔壓力穩定在0.10MPa，6#測壓鉆孔壓力穩定在0.11MPa，13# 測壓鉆孔壓力穩定在0.18MPa，14#測壓鉆孔壓力穩定在0.17MPa。

1#抽采鉆孔于12 月28 日早班進行合茬抽采。2#測壓鉆孔觀察13 天后瓦斯壓力降到0.03MPa，繼續觀察9 天壓力穩定在0.02MPa；3#測壓鉆孔觀察13 天后瓦斯壓力降到0.02MPa，繼續觀察8 天壓力仍然穩定在0.02MPa；4#測壓鉆孔觀察20 天后瓦斯壓力降到0.05MPa，繼續觀察1 天壓力仍然穩定在0.05MPa；5#測壓鉆孔觀察18 天后瓦斯壓力降到0.05MPa，繼續觀察3 天壓力仍然穩定在0.05MPa；6#測壓鉆孔觀察13 天后瓦斯壓力降到0.03MPa，繼續觀察8 天壓力仍然穩定在0.03MPa；13#測壓鉆孔觀察18 天后瓦斯壓力降到0.08MPa，繼續觀察3 天壓力穩定在0.02MPa；14# 測壓鉆孔觀察20 天后瓦斯壓力降到0.05MPa，繼續觀察1 天壓力穩定在0.02MPa。

3 抽采半徑考察分析

3.1 原始瓦斯壓力

根據現場實測原始壓力最大值為4#測壓鉆孔，鉆孔終孔點標高為+1526.5m（對應埋深240m），3 號煤層原始瓦斯壓力值為：0.18MPa。

3.2 原始瓦斯含量

根據考察鉆孔現場取樣，采用DGC 煤層瓦斯測定裝置測定3 號煤層+1526.5m 標高原始瓦斯含量為：4.6713m3/t。

3.3 抽采半徑考察分析

根據《防治煤與瓦斯突出細則》及《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》相關規定，抽采后瓦斯壓力在0.74MPa 以下，瓦斯含量在8m3/t 以下且降幅達到30%以上，滿足了抽采和消突雙達標要求，為有效抽采半徑。

（1）抽采半徑考察分析。2#壓力考察鉆孔抽采13 天時，瓦斯壓力從0.08MPa 下降到0.03MPa，降幅為62.5%, 降幅大于51%；故可確定鉆孔抽采13 天滿足了抽采和消突雙達標要求，1m 為有效抽采半徑。

6#壓力考察鉆孔抽采13 天時，瓦斯壓力從0.11MPa 下降到0.05MPa，降幅為54.5%，降幅大于51%；故可確定鉆孔抽采13 天滿足了抽采和消突雙達標要求，1.5m 為有效抽采半徑。

3#壓力考察鉆孔抽采13 天時，瓦斯壓力從0.06MPa 下降到0.02MPa，降幅為66.6%，降幅大于51%；故可確定3#鉆孔抽采13 天滿足了抽采和消突雙達標要求，2m 為有效抽采半徑。

14#壓力考察鉆孔抽采15 天時，瓦斯壓力從0.17MPa 下降到0.07MPa，降幅為58.8%，降幅大于51%；故可確定14#鉆孔抽采15 天滿足了抽采和消突雙達標要求，2.5m 為有效抽采半徑。

13#壓力考察鉆孔抽采18 天時，瓦斯壓力從0.18MPa 下降到0.08MPa，降幅為55.5%，降幅大于51%；故可確定13#鉆孔抽采18 天滿足了抽采和消突雙達標要求，3m 為有效抽采半徑。

4#壓力考察鉆孔抽采20 天時，瓦斯壓力從0.12MPa 下降到0.05MPa，降幅為58.3%，降幅大于51%；故可確定4#鉆孔抽采20 天滿足了抽采和消突雙達標要求，3.5m 為有效抽采半徑。

5#壓力考察鉆孔抽采18 天時，瓦斯壓力從0.10MPa 下降到0.05MPa，降幅為50%，降幅小于51%。故鉆孔距抽采孔間距4.5m 為本次考察無效抽采半徑。

4 結論

綜上所述，通過現場考察和綜合分析，鉆孔抽采后能滿足一定抽采時間內測壓孔瓦斯壓力下降不低于51%，判定為有效抽采半徑。

最終確定3 號煤層在鉆孔直徑75mm，抽采負壓不低于13KPa 時的有效抽采半徑為：

（1）抽采13 天時，抽采鉆孔有效抽采半徑為2m。

（2）抽采15 天時，抽采鉆孔有效抽采半徑為2.5m。

（3）抽采18 天時，抽采鉆孔有效抽采半徑為3m。

（4）抽采20 天時，抽采鉆孔有效抽采半徑為3.5m。