本煤層瓦斯預抽鉆孔合理布孔方位研究

路 璐

(山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000)

礦井瓦斯是影響礦井安全生產的重要因素，煤層瓦斯抽采是積極防治瓦斯災害的有效措施[1].為了降低瓦斯涌出量，保障礦井安全生產，礦井目前采用了多種瓦斯抽采技術措施，如順層鉆孔、穿層鉆孔和高抽巷等，取得了優良的應用效果。

國內外瓦斯抽采經驗表明，影響鉆孔瓦斯抽采效率的最主要因素是煤層的滲透率[2].鉆孔瓦斯抽采量的高低不僅與滲透率的大小有關，也與滲透率的方向有關[3-4].因此，為提高鉆孔利用率，研究陽泉礦區新景礦8#煤層滲透率的各向異性分布規律，找到最大和最小滲透率的方向，以確定合理的布孔原則。

1 工程背景

根據在新景礦現場調研情況，選擇8#煤層北三副巷作為現場試驗地點，本工作面井下位于8#煤蘆南區北翼采區西北部，東為8129工作面(未掘)，南為8131工作面(未掘)，西為8118工作面(已掘)，北為525水平西大巷。

8#煤層賦存穩定，屬復雜結構，屬中灰、中硫、中磷的無煙煤，煤層以半亮煤為主，內生裂隙發育。該煤層一般含兩層夾石，局部發育有一層或三層夾石，下部夾石厚度變化較大，本面由北部向南逐漸增厚，最厚約1.00 m.

2 煤層滲透率試驗

2.1 試樣制取及滲透率測試

井下取樣時記錄好大塊煤各端面的方向和取樣地點的煤層產狀。升井后對煤塊進行封蠟處理，裝入木箱中，并將緩沖填充物塞入充滿木箱，然后再托運回實驗室。為鉆取不同方向的原煤煤柱，分別沿垂直方向、巷道軸向和巷道軸向垂直方向，將其置于取芯機鉆取平臺上。分別沿煤層走向、傾向和豎直方向鉆取50 mm×100 mm的柱狀煤樣，保證煤樣中的原層位物性參數不變。煤巖滲透率測試系統見圖1.

圖1 煤樣滲透率測試系統實物圖

2.2 試驗結果

據現場測壓結果，北三副巷的原始煤層瓦斯壓力在0.6 MPa左右。分別測試10 MPa、11 MPa、12 MPa、13 MPa和14 MPa下的煤樣滲透率值。由此可以看出，隨著圍壓的升高，各方向的滲透率逐漸下降，驗證了滲透率與圍壓的反比例關系。同時測得8#煤層的滲流優勢方向與煤層走向平行，沿煤層走向的滲透率最大，沿煤層傾向次之，沿豎直方向的滲透率最小，見圖2.

圖2 北三副巷煤樣滲透率測試結果圖

3 現場試驗方案

選擇8#煤層北三副巷作為現場試驗地點，試驗鉆孔布置示意圖見圖3.根據鉆孔軸向與巷道軸向的不同夾角布置5組鉆孔，各組鉆孔軸向與巷道軸向的夾角分別為30°、60°、90°、120°和150°，每組鉆孔間距30 m.每組鉆孔布置兩個鉆孔，鉆孔長80 m，鉆孔垂距為10 m.150°組鉆孔最左側鉆孔開孔位置距8128工作面停采線126 m，該鉆孔距30°組最右側鉆孔256.2 m.鉆孔垂向開孔位置與日常開孔位置一致，封孔長度亦與日常封孔長度保持一致。

圖3 北三副巷試驗鉆孔布置示意圖

4 抽采效果分析

通過對不同角度的鉆孔對應的瓦斯抽采流量匯總分析后發現：150°鉆孔(13#—15#鉆孔)>30°鉆孔(1#—3#鉆孔)>60°鉆孔(4#—6#鉆孔)>90°鉆孔(7#—9#鉆孔)>120°鉆孔(10#—12#鉆孔)。對比試驗地點鉆孔與煤層走向夾角和鉆孔抽采流量的規律可以看出，150°鉆孔(13#—15#鉆孔)與煤層走向接近垂直，1#—6#鉆孔與煤層走向的夾角較大(>60°)，7#—12#鉆孔與煤層走向的夾角較小(<30°).總體上為鉆孔與煤層夾角越大，鉆孔抽采流量越大，即抽采效果越好，見圖4.

圖4 各方位試驗鉆孔平均流量變化情況圖

5 結 論

1)實驗室研究了煤樣的滲透率，得出煤層滲透率規律為：沿煤層走向的滲透率最大，傾向次之，豎直方向最小。

2)結合陽煤集團新景礦8#煤層產狀分布，設計了瓦斯預抽鉆孔布孔方案,并在現場開展鉆孔合理布孔方位試驗研究，確定合理布孔原則為鉆孔應盡可能與煤層走向保持垂直。

3)現場試驗研究表明，新景礦可以通過合理的布孔方式提高單孔瓦斯抽采量和累積瓦斯抽采量，提高抽采效果和回采效率，保障礦井安全生產。