多煤層穿層鉆孔瓦斯抽采比例計算方法研究及應用

胡 華，汪圣偉，李希建，王文利，楊澤俊

（1.貴州黔西能源開發有限公司，貴州 畢節 551507；2.貴州大學礦業學院，貴州 貴陽 550025；3.復雜地質礦山開采安全技術工程中心，貴州 貴陽 550025；4.貴州大學瓦斯災害防治與煤層氣開發研究所，貴州 貴陽 550025）

0 引言

目前，大多專家學者都是對穿層鉆孔瓦斯抽采半徑進行研究，王亮等[7]基于彈性力學應變軟化模型和瓦斯滲流理論模型，建立了穿層鉆孔煤層瓦斯流動相關方程，并通過數值模擬和現場試驗相驗證得出瓦斯抽采有效半徑。張明杰等[8]通過comsol模擬，提出以鉆孔瓦斯自然涌出有效影響半徑代替抽采負壓影響下的有效抽采半徑，并在鶴壁三礦、十礦和古漢山礦進行現場實測，最終確定瓦斯抽采半徑。王俊銘等[9]也是利用數值模擬和現場試驗相結合，構建了考慮吸附膨脹應力和Klinkenberg效應的擴孔孔硐附近煤體瓦斯流動流-固耦合數學模型，研究水利擴孔對瓦斯抽采有效半徑的影響。徐遵玉[10]在新集二礦220112工作面底板巷采用壓降法、理論計算法、含量法和流量法進行現場試驗，壓降法與其他方法的考察結果出入較大，其余方法結果基本一致。

綜上所述，前人對穿層鉆孔瓦斯抽采比例的研究較少。基于此，筆者考慮試驗單元抽采比例跟煤層厚度、瓦斯含量和密度相關，提出一種多煤層穿層鉆孔瓦斯抽采比例定量計算方法，并在青龍煤礦21605底抽巷展開試驗，以期對青龍煤礦瓦斯抽采具有一定指導意義。

1 多煤層穿層鉆孔瓦斯抽采比例計算方法

1.1 方法的提出

在礦井具備多個煤層共同開采，且各煤層間距不是很大的條件下，可以采用穿層鉆孔同時抽采多個煤層瓦斯，對于現場實際來說，不僅節約生產成本，還提高了單孔瓦斯抽采量。在此前提下，確定多煤層穿層鉆孔各煤層瓦斯抽采比例問題亟待解決，為礦井瓦斯抽采提供依據[11-12]。

1.2 多煤層穿層鉆孔瓦斯抽采比例計算方法

在穿層鉆孔抽采多個煤層瓦斯時，影響各煤層瓦斯抽采量的因素有很多，主要包括原始瓦斯含量、煤層厚度、透氣性系數及煤層密度等因素（在抽采期間，各煤層的抽采孔徑、抽采負壓、抽采時間相同，并假設在等溫條件下，地質構造也相同）[13]，各煤層瓦斯抽采量與該煤層原始瓦斯含量、煤層厚度、及煤體密度成正相關。考慮到瓦斯抽采范圍近似圓柱形，利用試驗單元內煤炭儲量與原始瓦斯含量的乘積計算出試驗單元原始瓦斯總量Q，抽采一段時間后在該單元鉆孔取芯，根據殘余瓦斯含量計算出瓦斯抽采總量Qc，各煤層已抽采的瓦斯量與已抽采的瓦斯總量即是該煤層的抽采比例。表達式如下：

式中：G為試驗單元內煤炭儲量，t；S為抽采范圍內的面積，m2（這里選取半徑為2 m的抽采范圍，試驗取芯鉆孔布置在抽采孔0.5 m處）；h為試驗單元平均煤層厚度，m；ρ為試驗單元煤體密度，t/m3。

式中：W為試驗單元煤層原始瓦斯含量，m3/t；Q為試驗單元原始瓦斯總量，m3。

試驗單元鉆孔抽采瓦斯總量為：

式中：Qci為試驗單元瓦斯抽采量，m3；i表示穿層鉆孔抽采的煤層數；Wcy為瓦斯抽采后煤層殘余瓦斯含量，m3/t。

近年來，lncRNA調控腫瘤的侵襲轉移與化療藥物的耐藥性研究備受人們高度的關注與重視，其中已發現很多相關的調控機制，但仍有很多影響及調控機制尚未十分明確，我們需要進行深一步的研究及探索。通過對lncRNA的研究，在不久的將來，我們可以通過調控某基因的表達從而抑制腫瘤的侵襲轉移，或逆轉化療藥物的耐藥性，通過人為的上調或者下調某個基因位點影響腫瘤的發展，作為治療腫瘤關鍵的靶點，調控腫瘤對化療藥物的耐藥性，增加化療藥物對腫瘤的敏感度，從而改善化療治療腫瘤的效率，這將給中晚期癌癥病人的治療帶來前所未有的福音。

式中：ηi為煤層瓦斯抽采比例。

1.3 計算基本參數

計算所需的基本參數見表1：

表1 抽采比例計算基本參數

2 現場應用

2.1 現場概況

青龍煤礦位于貴州省黔西縣谷里鎮，礦區長度從東北到西南約為8.25 km，寬度從西北到東南約為5.40 km，面積約為20.65 km2，開采高度在+1300～+700 m[14]。礦井主采煤層為16、18煤層，17煤層部分可采，其中16煤層平均厚2.88 m，17煤層平均厚1.12 m，18煤層平均可采厚度為3.18 m，3層煤層瓦斯含量均高于8 m3/t，瓦斯壓力均大于0.74 MPa。因此，青龍煤礦屬煤與瓦斯突出礦井[15]。

2.2 試驗方案

本次試驗地點選擇在21605底抽巷d11控制點處，鉆孔選擇已避開已施工鉆孔及地質構造帶裂隙帶、采動及抽采影響范圍，避開距離不小于50 m。試驗步驟如下：

圖1 21605底抽巷試驗區煤層賦存

1）施工抽采孔。首先施工一個抽采孔1號，同時打穿M16、M17、M18三層煤（打到過頂板0.5 m處），施工過程中，分別對各煤層取芯測定煤層原始瓦斯含量。施工結束后及時封孔，并連接抽采管網。

2）數據觀測。每天觀測抽采孔參數（濃度、流量、負壓）變化。

3）施工觀測孔。抽采90 d后，在平行于抽采孔的左、右端間距2 m處施工2號和3號觀測孔測定煤層原始瓦斯含量，取芯步驟同步驟（1）一致（鉆孔布置如圖2所示）。

4）數據處理。通過數據分析、計算得出各煤層瓦斯抽采比例。

圖2 鉆孔布置平面圖

2.3 穿層鉆孔各煤層瓦斯抽采比例計算

由式（1）-（4），以及表1中參數計算可得各煤層抽采比例如下：

1）M18煤：

2）M17煤：

3）M16煤：

因此，各煤層抽采比例分別為：M18煤層占46.37%，M17煤層占12.67%，M16占40.94%。

3 結論

1）通過在青龍煤礦21605底抽巷施工穿層鉆孔同時抽采M16、M17、M18煤層瓦斯，實測瓦斯抽采前、后的M16、M17、M18煤層原始瓦斯含量和殘余瓦斯含量，計算出各煤層瓦斯抽采比例。

2）試驗地點穿層鉆孔同時抽采M16、M17、M18煤層瓦斯，抽采總量中M18煤層占46.37 %，M17煤層占12.67%，M16占40.94%。

3）考慮抽采比例跟煤層厚度、瓦斯含量和密度相關性，測定的多煤層瓦斯抽采比例能滿足工程需要，為青龍煤礦現場瓦斯抽采提供一定指導意義。