李家樓煤業(yè)2 號煤層預(yù)抽鉆孔抽采半徑研究

王 寧

（太原東山李家樓煤業(yè)通風(fēng)部，山西 太原 030009）

0 引 言

1 礦井基本情況

李家樓煤業(yè)位于太原市清徐縣城西北6.0 km處，馬峪鄉(xiāng)葡峰山莊一帶，礦井交通便利。批采03～9號煤層，開采標(biāo)高+925～+585 m，井田面積7.542 9 km2，生產(chǎn)規(guī)模為1.20 Mt/a。井田地質(zhì)構(gòu)造屬簡單類型，主要可采煤層包括賦存于山西組的03、2、4 號煤層以及賦存于太原組的 5 上、5、6、8+9 號煤層等 7 個煤層。其中，2 號煤層與03 號煤層之間的平均層間距約7.50 m，與4 號煤層之間的平均層間距約15.50 m，其煤厚范圍為1.60～3.65 m，平均2.79 m。礦井瓦斯的絕對、相對涌出量分別為36.75 m3/min、45.94 m3/t，屬高瓦斯礦井。

礦井開拓方式為斜-立混合式，布置有主斜井、副斜井以及回風(fēng)立井。目前，礦井正在進(jìn)行2 號煤層的開采活動，采用綜采采煤方法，全部垮落法管理頂板。

2 抽采半徑測試方法

目前，對瓦斯鉆孔有效抽采半徑所采用的現(xiàn)場測試法主要包括壓力下降法、瓦斯儲量法和示蹤氣體法。本次李家樓煤業(yè)考察的抽采半徑主要應(yīng)用于2號煤層回采工作面瓦斯預(yù)抽，結(jié)合礦井的實際條件，并考慮到瓦斯儲量法測試過程較為繁瑣、施工工程量大，示蹤氣體法還處于研究階段，可靠性不高，而壓力下降法具有應(yīng)用成熟、測試方便的特點；因此，本次抽采半徑考察采用瓦斯壓力下降法。

3 有效抽采半徑測試

3.1 試驗地點

采用瓦斯壓力下降法測試煤層瓦斯抽采半徑時，測試地點應(yīng)盡量選擇原始煤體，其要求類似于煤層瓦斯壓力測試，具體應(yīng)遵循以下原則：①測試地點的瓦斯賦存情況和地質(zhì)單元有代表性，煤體無斷層、裂隙等構(gòu)造完整未破壞；②測試鉆孔與巷道內(nèi)含水層、溶洞等地質(zhì)構(gòu)造地點之間的距離要大于50 m；③測試鉆孔要遠(yuǎn)離工作面采動、抽采等卸壓情況的影響；④測試鉆孔所處的工作面回采日期必須滿足考察所需的抽采時間；⑤測試地點施工測試鉆孔的供風(fēng)、用水、用電等條件必須符合要求，并確保現(xiàn)場施工作業(yè)安全。

根據(jù)上述原則，選擇1204 膠帶順槽里程900～950 m 范圍處作為本次抽采半徑測試的施工地點，如圖1 所示。

圖1 測試地點示意圖

3.2 現(xiàn)場試驗

1）選擇未施工瓦斯抽采鉆孔的1204 膠帶順槽里程900～950m 范圍作為現(xiàn)場測試地點，將施工設(shè)備與封孔材料運抵瓦斯抽采試驗地點附近。按圖3施工2 組測試鉆孔，2 組鉆孔間隔不小于20m，在里程900m 施工第一組壓力測試孔，即1、2 號孔；在里程930m 處施工第二組測試孔，即3、4 號孔。測試鉆孔孔徑94mm，孔深35m，仰角5°。成孔一個封一個，然后再鉆進(jìn)另一個，采用“兩堵一注”方法封孔，封孔深度為30m，保證封孔段不漏氣。鉆孔布置布置如圖2 所示。

圖2 鉆孔布置圖

2）待封孔材料凝固后，在 1、2、3、4 號孔分別裝上壓力表，測定各測試孔壓力變化情況。

表1 鉆孔施工參數(shù)表

3）待壓力穩(wěn)定后，再分別施工抽采鉆孔A 孔和B 孔，鉆孔直徑94 mm，孔深35 m，仰角5°。采用“2堵1 注”封孔，封孔長度為10 m，將抽采孔與抽采管網(wǎng)連接開始抽采，抽采負(fù)壓為20 kPa；瓦斯抽采孔開始抽采后，每天安排專人讀取各個觀測孔的壓力表數(shù)據(jù)并做好記錄，再利用所記錄測試數(shù)據(jù)繪制出各個測試鉆孔瓦斯壓力隨時間變化曲線。鉆孔施工參數(shù)見表1。

3.3 測試結(jié)果

3.3.1 測試數(shù)據(jù)

（5）為了解決凝結(jié)水頂部漿液脫水引起的凹陷，在注漿結(jié)束后立即在射流孔內(nèi)進(jìn)行靜壓灌漿，直至孔內(nèi)液面不沉降。

根據(jù)上述方法在1204 膠帶順槽進(jìn)行了試驗，2019年 7 月 4 日施工 1、2、3、4 號測壓孔，7 月 5 日安裝壓力表，7 月6 日開始讀數(shù)。7 d 后，壓力達(dá)到最大值并保持穩(wěn)定，隨即施工A、B 抽采孔并進(jìn)行聯(lián)抽。本次測試過程中測定的煤層瓦斯壓力變化情況只是受到抽采測試孔的作用，測試過程基本與實際抽采情況相同，測試結(jié)果可以指導(dǎo)抽采鉆孔的布置受1204 工作面采掘工程部署的影響，測試90 多天后不再繼續(xù)觀測，結(jié)束本次2 號煤層預(yù)抽鉆孔抽采半徑考察。通過歷時3 個多月的觀測，圖3～6 所示為利用所記錄測試數(shù)據(jù)繪制出的各個測試鉆孔瓦斯壓力隨時間變化曲線。

圖3 1 號鉆孔煤層瓦斯壓力隨時間變化曲線

圖4 2 號鉆孔煤層瓦斯壓力隨時間變化曲線

圖5 3 號鉆孔煤層瓦斯壓力隨時間變化曲線

圖6 4#鉆孔煤層瓦斯壓力隨時間變化曲線

3.3.2 測試數(shù)據(jù)分析

李家樓煤業(yè)生產(chǎn)規(guī)模為1.20 Mt/a，工作面產(chǎn)量約3 000 t/d，根據(jù)瓦斯抽采相關(guān)規(guī)定，回采之前工作面的可解吸瓦斯量要≤6 m3/t，對應(yīng)抽采后的殘余瓦斯含量要≤7.2 m3/t，1204 工作面現(xiàn)場實際測出的原始瓦斯含量為10.38 m3/t，瓦斯壓力0.1～0.15 MPa。根據(jù)煤層瓦斯壓力與瓦斯含量之間存在拋物線型關(guān)系，當(dāng)殘余瓦斯壓力降低為原始瓦斯壓力的48%時，即瓦斯壓力下降了52%時，可符合工作面回采前煤層可解吸瓦斯量的相關(guān)要求。

由測試數(shù)據(jù)及圖 3～圖 6 可知：在 1、2、3、4 號測壓孔完成封孔后，再將壓力表安裝于各個鉆孔，并對其進(jìn)行連續(xù)觀測，隨后施工A、B 抽采孔并且連接抽采管路接入抽采系統(tǒng)。在經(jīng)過57 d 連續(xù)抽采后，距離抽采孔1.0 m 的1 號測壓孔壓力下降52.9%；抽采86 d 后，距離抽采孔1.5 m 的2 號測壓孔壓力下降52.6%；抽采90 d 后，距離抽采孔2.0 m 的3 號測壓孔壓力下降34.8%；距離抽采孔2.5 m 的4 號測壓孔壓力下降33.3%。

綜上所述，2 號煤層在抽采57 d 后有效抽采半徑為1.0 m，在抽采86 d 后有效抽采半徑為1.5 m。

4 結(jié) 論

本次預(yù)抽鉆孔抽采半徑測定采用的鉆孔直徑為94 mm，抽采負(fù)壓為20 kPa，考察時間90 d。根據(jù)上述各項影響因素前提條件下，對不同的抽采時間的抽采半徑進(jìn)行考察研究，通過測壓結(jié)果分析可得以下結(jié)論：

1）在孔徑為94 mm，抽采負(fù)壓為20 kPa 的條件下，在抽采57 d 后有效抽采半徑為1.0 m，在抽采86 d 后有效抽采半徑為1.5 m，可符合工作面回采前煤層可解吸瓦斯量的相關(guān)要求。

2）從本次現(xiàn)場考察抽采半徑為2.0 m 和2.5 m的過程中還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)抽采半徑達(dá)到一定距離時，鄰近區(qū)域的瓦斯很難被抽采出來，隨著抽采時間的增加，瓦斯壓力下降不明顯，抽采時間和抽采效果不成正比。

3）因預(yù)抽鉆孔抽采半徑要受到瓦斯壓力、鉆孔直徑、抽采時間、抽采負(fù)壓等因素影響，不同測試地點的抽采半徑會有所差異；因此，礦井在遇到地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯賦存異常區(qū)的時候，需要采用加密鉆孔或其他經(jīng)考察確定有效的方式，進(jìn)而達(dá)到保障礦井安全生產(chǎn)的目的。