新安煤礦順層鉆孔抽采半徑測定技術(shù)研究

張亮

摘 要：抽采半徑是抽采方法選擇、鉆孔布置參數(shù)及抽采時間的重要依據(jù)，新安煤礦自建井及生產(chǎn)以來，僅在2009年期間由河南理工大學煤礦安全工程技術(shù)研究中心測定，其所提供《新安煤礦瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試報告》中：抽采時間為30d左右時，抽采有效影響半徑取1.5～1.8m。隨著新安礦開采范圍的不斷延伸，為更準確地服務礦井生產(chǎn)，新安礦對東西翼采區(qū)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進行了大量的測定，并選定在東翼15120下巷順層鉆孔進行抽采半徑的測定工作。此次考察是對早期測定參數(shù)的驗證，對新安礦的瓦斯治理具有重要意義。

關(guān)鍵詞：突出礦井;抽采半徑;瓦斯壓力;瓦斯含量

中圖分類號：TD712.6文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0092-02

Abstract： Drainage radius is an important basis for selection of extraction method， parameters of borehole arrangement and extraction time. Since the construction and production of Xin'an Coal Mine， it was only measured by the Research Center of Coal Mine Safety Engineering Technology of Henan University of Science and Technology during 2009. It provided the test report of gas basic parameters in Xin'an Coal Mine： extraction time was 30 days left. At right time， the effective radius of extraction was 1.5 to 1.8m. With the continuous extension of mining area in Xin'an Coal Mine， in order to serve mine production more accurately， Xin'an Coal Mine had made a lot of measurements on the basic parameters of coal seam gas in East and West Wing mining area， and selected the borehole along the lower roadway of 15120 in the east wing to determine the extraction radius. This investigation is to verify the early measurement parameters， and at the same time to Xin'an Coal Mine.Gas control work is of great significance.

Keywords： outburst mine;drainage radius;gas pressure;gas content

1 礦井概況

河南大有能源股份有限公司新安煤礦（以下簡稱“新安礦”）位于新安縣城以北15km。新安礦于1988年建成投產(chǎn)，設計年生產(chǎn)能力150萬t。開采煤層為二疊系山西組二1煤，采用斜井雙水平上下山開拓，一水平標高+150～+25m，二水平標高+25～-200m，井口標高305m。目前開采一水平，開拓面積8.85km2，分東西兩翼進行分區(qū)開采，東翼有11、13和15采區(qū)，西翼有14和16采區(qū)。目前生產(chǎn)水平為一水平[1]。新安煤礦通風方式為中央并列與區(qū)域混合式。

2 研究抽采半徑的意義

礦井自建井及生產(chǎn)以來，僅在2009年期間由河南理工大學煤礦安全工程技術(shù)研究中心測定，其所提供的《新安煤礦瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試報告》中提出：抽采30d左右，測定順層抽采鉆孔時，抽采有效影響半徑取1.5～1.8m。預抽鉆孔布置參數(shù)決定了消突效果，而鉆孔布孔間距是最重要的參數(shù)，抽采半徑是抽采方法選擇、鉆孔布置參數(shù)及抽采時間的重要依據(jù)。隨著新安礦開采范圍不斷延伸，為更準確地服務于礦井生產(chǎn)，新安礦組織工程技術(shù)人員對東西翼采區(qū)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進行大量測定，并選定在東翼15120下巷順層鉆孔進行抽采半徑的測定工作。此次考察是對早期測定參數(shù)的驗證，對新安礦的瓦斯治理具有重要意義。

3 抽采（影響）半徑測試原理

順層鉆孔有效影響半徑的測定方法很多，應用較多的有3種：鉆孔壓力法、鉆孔流量法和示蹤氣體法。根據(jù)實際情況，此次測定采用鉆孔壓力法?！睹旱V瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》預抽煤層瓦斯后，瓦斯抽采率不低于30%，其瓦斯抽采效果判定為達標[2]。

當煤層預抽率為30%，即殘余瓦斯含量為原始瓦斯的70%時，通過計算得知此時殘余瓦斯壓力為原始瓦斯壓力值的49%，瓦斯壓力下降量了51%。在鉆孔的抽采影響圈內(nèi)，煤體的瓦斯壓力會不斷降低，將瓦斯壓力下降了10%以上的鉆孔視為瓦斯抽采影響半徑內(nèi)的鉆孔，將瓦斯壓力下降了51%以上的鉆孔視為瓦斯有效抽半徑內(nèi)的鉆孔，因此，確定有效抽采半徑的指標為瓦斯壓力下降了51%以上。

4 考察方案

考察地點為東翼15120下巷k13前35～60m段厚煤區(qū)段（煤厚6m左右）。在巷道上幫向15120采面垂直煤墻施工1組實驗孔（4個觀測孔和1個抽采孔），孔深均為20m，直徑94mm，C4#、C1#、C2#、C3#、C5#間距分別為1、2、2.5m和1m（抽采半徑測定鉆孔布置示意圖略）。

①首先施工C4#、C1#、C3#、C5#觀測孔，施工完畢后立即封孔，連接U型壓差計，并記錄其讀數(shù)。

②待瓦斯壓力穩(wěn)定后，施工C2#抽采孔，封孔完畢后，接入抽采系統(tǒng)進行抽采，并測定其流量、負壓、濃度。

③每天觀測記錄1次C4#、C1#、C3#、C5#觀測孔的U型水柱計讀數(shù)和C2#抽采孔的流量、負壓、濃度。

5 現(xiàn)場試驗情況及考察結(jié)果分析

2017年11月17日至19日，對試驗觀測孔進行了施工，之后穩(wěn)壓一個月。壓力穩(wěn)定后，2017年12月20日開始施工試驗抽放孔，封孔結(jié)束后，20日04：30開始連抽，抽放負壓保證在13～15kPa。通過分析試驗孔在測壓期間及抽采期間讀數(shù)可以得出以下結(jié)論。

①C4#、C1#、C3#、C5#觀測孔在5～10d內(nèi)壓力趨于穩(wěn)定。觀察時間一個月，壓力范圍為1.904～3.808kPa，壓力均較小[3]。

②開始抽放5d后，距離抽放孔較近的C1#壓力下降超過了10%，其他測試孔壓力值無變化，說明抽放5d時抽放影響半徑達到了2m以上。

③開始抽放25～30d后，C1#距抽放孔2m壓力下降較為明顯，下降幅度較大，達到了55%;C3#距抽放孔2.5m壓力下降20%～30%。可見，抽放25～30d時，抽放有效半徑達到了2m以上，抽放影響半徑已經(jīng)超過2.5m。

④開始抽放50d后，C1#距抽放孔2m壓力下降100%。同時，C3#距抽放孔2.5m壓力下降55%，說明抽放50d時有效抽放半徑達到了2.5m以上。

⑤開始抽放80天后，C4#距抽放孔3m壓力下降到達了60%。C5#距抽放孔3.5m壓力下降到達了35%。說明此時抽放有效半徑到達了3m以上，抽放影響半徑達到了3.5m以上。

6 結(jié)論

此次考察通過試驗直徑為94mm的抽放孔，現(xiàn)場對新安礦東翼15120下巷順層鉆孔抽放半徑的測定，在抽放時間25～30d時，抽放有效半徑達到了2m以上，抽放影響半徑達到了2.5m以上;抽放時間為50d左右時，抽放有效半徑達到了2.5m以上;抽放時間為80d左右時，抽放有效半徑達到了3m以上，抽放影響半徑達到了3.5m以上。

參考文獻：

[1]王兆豐，周少華，李志強.瓦斯抽采鉆孔有效抽采半徑的數(shù)值計算方法[J].煤炭工程，2011（6）：82-84.

[2]劉三鈞，馬耕，盧杰，等.基于瓦斯含量的相對壓力測定有效半徑技術(shù)[J].煤炭學報，2011（10）：1715-1719.

[3]劉清泉，程遠平，王海鋒，等.順層鉆孔有效瓦斯抽采半徑數(shù)值解算方法研究[J].煤礦開采，2012（2）：5-7.