寺河煤礦二號(hào)井順層鉆孔抽放半徑測(cè)定技術(shù)實(shí)踐

王海柱，劉雁斌

（山西晉煤集團(tuán)寺河煤礦，山西晉城 048000）

寺河煤礦二號(hào)井順層鉆孔抽放半徑測(cè)定技術(shù)實(shí)踐

王海柱，劉雁斌

（山西晉煤集團(tuán)寺河煤礦，山西晉城 048000）

通過(guò)對(duì)寺河煤礦二號(hào)井順層鉆孔抽放半徑的測(cè)定，根據(jù)預(yù)抽時(shí)間不同，為順層鉆孔的設(shè)計(jì)和布置提供主要依據(jù)，使得采掘工作面瓦斯得到有效治理，避免了在設(shè)計(jì)順層鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)抽放空白帶和鉆孔的無(wú)效重疊。

抽放半徑；瓦斯；瓦斯含量

順層鉆孔抽放是降低煤層瓦斯壓力、瓦斯含量的重要措施。順層鉆孔的鉆孔間距太大，容易出現(xiàn)抽放空白帶；鉆孔間距太小，容易造成人力和物力浪費(fèi)。實(shí)際應(yīng)用中，順層鉆孔的布置具有一定的經(jīng)驗(yàn)性。合理布置順層抽放鉆孔的間距既可以使瓦斯得到有效的治理，也可以使抽放成本得到有效的控制。

1 寺河煤礦概況

寺河煤礦二號(hào)井位于晉城市澤州縣川底鄉(xiāng)和村西北部，為高瓦斯礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.8 Mt/a，含可采煤層15號(hào)煤，瓦斯含量7.5 m3/t左右，煤層透氣性系數(shù)1.53 m2/（MPa2·d），屬可抽放煤層。為了確保采掘過(guò)程中瓦斯不超限，需布置順層鉆孔提前預(yù)抽煤層瓦斯。

2 有效半徑測(cè)定理論依據(jù)

煤層瓦斯含量是指游離瓦斯和吸附瓦斯之和，是評(píng)價(jià)抽放效果的指標(biāo)之一，在工業(yè)應(yīng)用誤差允許范圍內(nèi)，瓦斯壓力P和瓦斯含量X具有如下關(guān)系：

式中：X為瓦斯含量，m3/t；α為煤層瓦斯含量系數(shù)，m3/（t·MPa0.5）[1-2]；P為瓦斯壓力，MPa。

從上式可以得出如果預(yù)抽率為30%，即殘余瓦斯含量為原始瓦斯含量的70%，則殘余瓦斯壓力為原始瓦斯壓力的49%[3]。

3 抽放半徑測(cè)定實(shí)施方案

施工測(cè)壓鉆孔時(shí)，應(yīng)避開(kāi)地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道及采動(dòng)影響范圍，鉆孔測(cè)壓段距地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、采動(dòng)影響范圍的距離大于40 m，未施工過(guò)抽放鉆孔且不受其他鉆孔干擾的區(qū)域。選擇井下核實(shí)地點(diǎn)垂直煤壁施工7個(gè)鉆孔，鉆孔深度50 m，其中1號(hào)為預(yù)抽孔，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)為測(cè)壓孔[4]，測(cè)壓孔距預(yù)抽孔間距分別為1 m、1.5 m、2 m、2.5 m、3 m、3.5 m，鉆孔布置示意，見(jiàn)圖1。

圖1 鉆孔布置示意圖

預(yù)抽孔施工完畢采用二次高壓注漿封孔技術(shù)進(jìn)行封孔，封孔管（8.5 m）由1根封孔管（4.5 m）和1根裸管（4 m）組成，中間絲扣連接。封孔器由橡膠套、內(nèi)外螺紋布套、注漿管、注漿閥、快速接頭、聚乙烯抽放管組成。預(yù)抽孔封孔示意圖，見(jiàn)圖2，預(yù)抽鉆孔施工完成后關(guān)閉調(diào)控閥。

圖2 預(yù)抽孔封孔示意圖

根據(jù)AQ/T1047-2007《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測(cè)定方法》的規(guī)定：測(cè)壓鉆孔施工完后應(yīng)在24 h內(nèi)完成鉆孔的封孔工作，且采用注漿封孔測(cè)壓法的測(cè)壓鉆孔封孔深度應(yīng)滿足下式：

式中：L為鉆孔封孔深度，m；L1為鉆孔所需最小封孔深度（有效封孔段長(zhǎng)度），m；L1應(yīng)保證穿層測(cè)壓鉆孔的見(jiàn)煤點(diǎn)、順煤層測(cè)壓鉆孔的測(cè)壓氣室位于巷道的泄壓圈之外，且L1不小于12 m；穿層測(cè)壓鉆孔的L1不應(yīng)進(jìn)入被測(cè)煤層，順煤層測(cè)壓鉆孔封孔后應(yīng)保證測(cè)壓氣室長(zhǎng)度不小于1.5 m；D為鉆孔的直徑，本次施工的鉆孔直徑0.094 m；θ為鉆孔的傾角，5°≤θ≤90°，本次施工的鉆孔傾角5°。

經(jīng)過(guò)計(jì)算本次施工的順煤層測(cè)壓鉆孔封孔深度不應(yīng)小于13.1 m，測(cè)壓氣室長(zhǎng)度不小于1.5 m；本次采用注漿封孔、被動(dòng)式測(cè)壓方法，封孔深度35米，測(cè)壓氣室長(zhǎng)15 m。

待每個(gè)鉆孔施工完畢后立即進(jìn)行封孔，采用注漿封孔，封孔深度35 m，測(cè)壓氣室長(zhǎng)15 m，將4分鍍鋅測(cè)壓管安裝在鉆孔中，距孔底5 m，測(cè)壓管末端為1根篩管，篩管上有10個(gè)不規(guī)則透氣孔，以便負(fù)壓通過(guò)測(cè)壓管有效傳遞至壓力表；在使用封孔膠時(shí)確保封孔膠不會(huì)流入透氣孔內(nèi)將測(cè)壓管堵塞；同時(shí)，為了保證測(cè)壓管連接處不漏氣，應(yīng)在接頭處纏繞生料帶，用管鉗上緊管子時(shí)要松緊適度。根據(jù)封孔深度確定膨脹不收縮水泥的使用量，按一定比例配制好封孔水泥漿，用注漿泵一次連續(xù)將水泥漿注入鉆孔內(nèi)，測(cè)壓鉆孔封孔示意圖，見(jiàn)圖3。

圖3 測(cè)壓鉆孔封孔示意圖

4 抽放半徑的數(shù)據(jù)觀測(cè)

每天對(duì)壓力表進(jìn)行觀測(cè)，壓力表在一周內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定不變化，判定為觀測(cè)孔內(nèi)壓力已接近煤層瓦斯壓力，壓力穩(wěn)定后各鉆孔壓力值，如表1所示。

表1 壓力穩(wěn)定后各鉆孔壓力值

待壓力穩(wěn)定后將預(yù)抽孔調(diào)控閥打開(kāi)，預(yù)抽鉆孔開(kāi)始抽放，抽放負(fù)壓15 kPa左右，并每天記錄測(cè)壓孔壓力值，當(dāng)壓力下降51%以上即達(dá)到預(yù)抽效果，即壓力降低到0.1 MPa，測(cè)壓孔瓦斯壓力變化趨勢(shì)圖，見(jiàn)圖4。

圖4 測(cè)壓孔瓦斯壓力變化趨勢(shì)圖

從瓦斯壓力變化趨勢(shì)圖可以看出2號(hào)測(cè)壓孔距離預(yù)抽鉆孔最近，瓦斯壓力下降的最快，7號(hào)測(cè)壓孔距離預(yù)抽孔最遠(yuǎn)，壓力下降緩慢。在今后的時(shí)間生產(chǎn)中，寺河煤礦二號(hào)井15號(hào)煤可根據(jù)采掘銜接的預(yù)抽時(shí)間布置合適的鉆孔間距。當(dāng)預(yù)抽時(shí)間只有20 d時(shí)，可將鉆孔間距設(shè)計(jì)為2 m；當(dāng)預(yù)抽時(shí)間在25 d時(shí)，可將鉆孔間距設(shè)計(jì)為3 m；當(dāng)預(yù)抽時(shí)間為30 d時(shí)，可將鉆孔間距設(shè)計(jì)為4 m；當(dāng)預(yù)抽時(shí)間為40 d時(shí)，可將鉆孔間距設(shè)計(jì)為5 m；當(dāng)預(yù)抽時(shí)間為60 d時(shí)，可將鉆孔間距設(shè)計(jì)為6 m；當(dāng)預(yù)抽時(shí)間更長(zhǎng)時(shí)，可設(shè)繼續(xù)將鉆孔間距適當(dāng)加大。

5 結(jié)論

1）通過(guò)此種方法可以根據(jù)采掘銜接安排設(shè)計(jì)合理的鉆孔間距，避免了由于鉆孔間距過(guò)大出現(xiàn)抽放孔白帶；同時(shí)也避免了由于鉆孔間距過(guò)小，造成成本的浪費(fèi)，為礦井實(shí)現(xiàn)節(jié)支增效。

2）若出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造或煤層貯存情況發(fā)生變化時(shí)，需參考此方法對(duì)抽放半徑進(jìn)行重新測(cè)定。

3）若施工鉆孔直徑改變或抽放負(fù)壓變動(dòng)較大時(shí)，需參考此方法對(duì)抽放半徑進(jìn)行重新測(cè)定。

4）其它礦井可以參考此種方法，根據(jù)礦井實(shí)際情況，觀測(cè)統(tǒng)計(jì)適合自己的抽放半徑，為礦井抽采達(dá)標(biāo)、安全增效提供指導(dǎo)。

[1]劉三鈞，馬耕，盧杰，等.基于瓦斯含量的相對(duì)壓力測(cè)定有效半徑技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011，36（10）：1715-1719.

[2]曹新奇，辛海會(huì)，徐立華，等.瓦斯抽放鉆孔有效半徑的測(cè)定[J].煤炭工程，2009（9）：88-90.

[3]張少科，劉有宏.金龍煤礦順層鉆孔抽放半徑測(cè)定技術(shù)實(shí)踐[J].煤炭技術(shù)，2008，27（9）：116-117.

[4]錢小武，李希建，黃明，等.貴州煤礦瓦斯抽放半徑測(cè)定研究[J].煤炭技術(shù)，2013，32（5）：88-90.

Practice of Measurement Technology of Drainage Radius of Boreholes along No.2 Coal Seam in Sihe Mine

WANG Haizhu,LIU Yanbin
(Sihe Mine,Jincheng Coal Group,Jincheng 048000,China)

According to different pre-drainage time,measurement of drainage radius of boreholes along No.2 coal seam in Sihe mine provided main evidences for design and distribution of the boreholes, which could effectively control the gas on the mining face and avoid invalid overlap occurring between drainage blank belt and the boreholes in the drilling process.

drainage radius;gas;gas content

TD712.6

A

1672-5050（2015）03-0036-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.013

（編輯：武曉平）

2015-03-15

王海柱（1986-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，助理工程師，從事煤礦技術(shù)管理工作。