氧氣示蹤法在確定瓦斯抽采半徑中的應用

文/張輝元

隨著礦井開采深度的不斷增加，瓦斯治理的難度日益突出，瓦斯抽采在礦井安全生產中的作用就越加重要。為了準確地確定瓦斯抽采在相同的抽采負壓作用下，抽采鉆孔間距是否在抽采半徑內，貴州盤江精煤股份有限公司土城煤礦運用氧氣示蹤方法作為決定依據，確保高效抽采，安全生產。

一、瓦斯抽采過程中存在的問題

在瓦斯抽采過程中，經常出現沒有準確的瓦斯抽采半徑，而任意確定抽采設計的現象。如果鉆孔抽采間距過大，則無法有效抽采瓦斯且鉆孔之間存在盲區，達不到瓦斯治理的效果；如果抽采間距過小，將造成浪費大量的人力、物力、財力。同時，因鉆孔間距小，施鉆過程中將增加煤體裂隙，給鉆孔封孔致密性造成難度，容易導致鉆孔維護困難等一系列問題。

二、氧氣示蹤法的應用

1.測定抽放半徑的方法選擇

預抽鉆孔在抽采煤層瓦斯時，在鉆孔負壓及瓦斯壓力的共同作用下，預抽鉆孔周圍煤體的瓦斯不斷進入鉆孔影響區域并被抽走，逐漸形成以鉆孔中心線為軸心的類似圓柱形的抽采影響區域，該抽采影響區域的半徑就是該預抽鉆孔抽采影響半徑。測定抽放半徑的方法有：壓力指標法、含量指標法、相對壓力指標法、示蹤氣體法等方法。

為了充分考慮實際運用效果，主要采用氧氣作為示蹤氣體。氧氣示蹤氣體法不但可以檢驗某個抽采負壓作用下的鉆孔間距是否在抽采半徑內，同時還可以檢驗鉆孔封孔質量和鉆孔內一氧化碳情況。

2.氧氣示蹤法的優勢和不足

選擇氧氣作為示蹤氣體的優勢：氧氣制取方便，運用廣泛，且氧氣無毒、無色、無味、不溶于水；運用設備較少，利用礦井多功能氣體分析色譜儀可準確測定出氧氣濃度變化情況，操作簡單；利用氧氣示蹤法測定抽采半徑前，必須測定鉆孔內氣體成分情況，能夠有效地考察鉆孔封孔質量及孔內一氧化碳情況。

氧氣示蹤法測定雖然具有分析速度快，檢測方便等優點外，因鉆孔內含有氧氣成分，容易使測定的抽采半徑準確性差、監測過程中鉆孔封孔不嚴密易導致參數分析錯誤，所以運用氧氣作為示蹤氣體分析抽采鉆孔是否在抽采半徑以內，必須要求鉆孔氣密性好，對鉆孔的封孔質量要求較高。為了避免鉆孔內氧氣成分干擾測定結果，測定過程中必須反復論證減小誤差。

3.氧氣示蹤法的測定步驟

首先將鉆孔嚴密封抽以后，在未進行測定前連續測定鉆孔內氧氣濃度，確保鉆孔封孔可靠性；其次對測試孔進行充氧，持續分析觀測孔內氣體變化，一旦檢測到觀測孔內氧氣濃度升高、瓦斯濃度降低，即可預判鉆孔間距在有效抽采半徑內；為了保證測試的準確性，并排除鉆孔漏氣供氧可能，第三步中斷對測試孔的充氧，觀測孔內氧氣濃度再次降低，最終確定該測試孔和觀測孔的間距 （鉆孔間距）是否在抽采半徑以內。步驟見下圖所示。

氧氣示蹤法測定抽采半徑步驟圖

三、氧氣示蹤法在確定抽采半徑中的實施

1.鉆孔布置

鉆孔選擇在巷道上幫煤層穩定、附近無構造的地點施工，施工鉆孔處保證巷道壓力小、支護完好，本次鉆孔施工在141211運輸巷開口往里370m處，鉆孔間距5.3m，鉆孔深度大于60m，封孔材料采用瑪麗散配合水泥帶壓封孔，封孔深度20m。鉆孔從5月12日開始施工21#鉆孔，采用ZY-750鉆機施工，鉆孔直徑75mm，鉆孔垂直下幫，沿煤層鉆進。到5月14日共施工5個鉆孔。

2.鉆孔氣體參數分析

鉆孔施工完后，立即對鉆孔進行封孔連抽，抽放24小時后，關閉19#、20#、22#、23# 測 試 鉆 孔 單 孔閥門（試驗過程中 19#、20#、23# 單孔閥門始終處于關閉狀態），只對21#觀測孔進行抽放，并每隔8小時取樣檢測鉆孔內的氣體參數，氣體參數見表1所示。

從分析結果看，鉆孔內氣體成分基本穩定且無一氧化碳。從5月17日 8∶25開始向 22#鉆孔內充純度為99.5%的氧氣，保持氧氣不間斷供給，充氧氣4小時后每隔8小時對21#鉆孔取樣檢測鉆孔內的氣體參數，氣體參數見表2所示。

表1 21#觀測孔內氣體參數

表2充氧后21#觀測孔氣體參數

注入氧氣過程中，21#觀測孔內氧氣逐漸升高，瓦斯濃度逐漸降低，實際說明：22#測試孔內的氧氣向21#觀測孔移動；21#鉆孔存在漏氣可能。為進一步核實氧氣濃度變化并非是鉆孔漏氣造成，5月18日18：20中斷氧氣供給，8小時后對21#觀測孔取樣檢測鉆孔內的氣體參數。中斷充氧后的氣體成分中，氧氣濃度開始下降，瓦斯濃度開始上升，排除鉆孔封孔不嚴密的可能性。5月21日10∶40對22#測試孔進行二次充氧氣，進一步核實22#測試孔在21#觀測孔的抽放范圍以內，充氧氣4小時后每隔8小時對21#觀測孔取樣檢測，充分說明22#測試孔處在21#觀測孔的抽采半徑以內。

3.測定結果

通過反復向22#測試孔內充氧，對21#觀測孔檢測到的氣體參數變化進行分析，能夠充分證明22#鉆孔處在21#鉆孔抽采半徑以內，兩孔間距為5.3m，即141211運輸巷抽采半徑大于5.3m。

四、結束語

通過對141211采面鉆孔采用氧氣示蹤法考察鉆孔間距是否在抽采半徑內，不僅能指導鉆孔設計，還能隨時根據測定情況調整抽采負壓，使鉆孔具有足夠的抽采負壓，對瓦斯抽采具有很好的借鑒作用。