SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置在區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)中的應(yīng)用

李 鵬

(陽(yáng)泉市上社二景煤炭有限責(zé)任公司，山西省陽(yáng)泉市，045200)

防突規(guī)定執(zhí)行以來(lái)，“區(qū)域防突措施先行，局部防突措施補(bǔ)充”作為核心的“兩個(gè)四位一體”綜合防突措施已經(jīng)深入人心，區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和區(qū)域措施效果檢驗(yàn)作為重要區(qū)域防突措施的兩個(gè)步驟，預(yù)測(cè)和檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性直接影響著礦井的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，作為區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、區(qū)域措施效果檢驗(yàn)的主要手段的煤層瓦斯含量測(cè)定工作就顯得尤為重要。

瓦斯含量直接測(cè)定過(guò)程包括井下瓦斯解吸量測(cè)定、地面瓦斯解吸量測(cè)定、煤樣粉碎瓦斯解吸量測(cè)定、殘存瓦斯量計(jì)算(或測(cè)定)以及損失瓦斯量計(jì)算。DGC瓦斯含量測(cè)定裝置配合可靠的煤樣罐和煤樣粉碎機(jī)，解決了地面瓦斯解吸量測(cè)定、煤樣粉碎瓦斯解吸量測(cè)定存在的問(wèn)題。因此，目前測(cè)試手段下影響瓦斯含量測(cè)定的主要因素是井下瓦斯解吸量測(cè)定。

目前，很多突出礦井在采用直接法測(cè)定煤層瓦斯含量時(shí)，在孔口采集煤樣，該方法對(duì)于大傾角煤層以及穿層孔來(lái)說(shuō)，測(cè)量的誤差不大，但對(duì)于傾角不大的煤層尤其是近水平煤層來(lái)說(shuō)，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。在孔口采集的煤樣可能混有煤孔壁上的煤粉，同時(shí)在孔深較大時(shí)，煤樣在孔內(nèi)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，不能完全滿足《煤層瓦斯含量井下直接測(cè)定方法》( 以下簡(jiǎn)稱《含量測(cè)定方法》) 中關(guān)于“煤樣從暴露到被裝入煤樣罐密封的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)5 min”的要求。

基于上述現(xiàn)狀，采用SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置，進(jìn)一步確保了用瓦斯含量進(jìn)行區(qū)域效果檢驗(yàn)時(shí)判定結(jié)果的可靠性，從而實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。

1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在陽(yáng)泉市上社二景煤礦15#煤層的15106回采工作面。15106工作面平均走向長(zhǎng)度1035 m，傾向長(zhǎng)度134 m，傾角7°～12°，平均傾角9°。堅(jiān)固性系數(shù)0.22～0.6，透氣性系數(shù)0.03～0.08 m2/(MPa2·d)，屬于松軟低透難抽采煤層。煤層頂板為泥巖和砂質(zhì)泥巖互層，底板為砂質(zhì)泥巖。采用走向長(zhǎng)壁后退式綜采放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板。

15106工作面區(qū)域防突措施采用順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，在工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷施工順層鉆孔，鉆孔孔徑為120 mm，進(jìn)、回風(fēng)巷鉆孔長(zhǎng)度為75 m，中間交叉16 m，鉆孔間距為5 m，鉆孔封孔深度不小于15 m。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比

2.1 SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置

SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置由雙壁鉆桿(直徑50 mm、扭矩≥5000 N/m)、噴射取樣鉆頭(直徑73 mm)、雙通道水尾組成。SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置鉆進(jìn)時(shí)壓風(fēng)由鉆具內(nèi)管和環(huán)形空間同時(shí)進(jìn)入，再?gòu)你@具外壁排渣；取樣時(shí)裝置采用反循環(huán)鉆進(jìn)原理，即壓風(fēng)由鉆具環(huán)形空間進(jìn)入，經(jīng)鉆具內(nèi)管再把取樣鉆頭切削下來(lái)的煤樣送出，這時(shí)的壓風(fēng)只攜帶了孔底煤樣，從而實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)快速取樣。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

鉆孔采用SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置的專用鉆桿和鉆頭進(jìn)行施工，風(fēng)壓0.55 MPa。

在15106工作面進(jìn)行區(qū)域效檢時(shí)，因工作面傾向長(zhǎng)度為134 m，同時(shí)考慮到礦井施工工藝和條件下SDQ-50最大的取樣深度，制定沿工作面傾向方向上最大深度含量測(cè)試點(diǎn)盡量布置在60～80 m范圍的原則，在施工檢驗(yàn)孔的過(guò)程中每鉆進(jìn)10～20 m分別進(jìn)行定點(diǎn)取樣和孔口取樣，進(jìn)行瓦斯含量測(cè)定。

沿工作走向每30～50 m劃分為1個(gè)效果檢驗(yàn)評(píng)價(jià)單元，在1～4評(píng)價(jià)單元考察上向孔取樣，5～9單元下向孔取樣，每個(gè)單元施工1個(gè)鉆孔進(jìn)行比對(duì)，即在15106進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行了4個(gè)鉆孔13組含量數(shù)據(jù)對(duì)比考察；在15106回風(fēng)巷進(jìn)行了5個(gè)鉆孔12組含量數(shù)據(jù)對(duì)比考察；共在9個(gè)鉆孔進(jìn)行了25組含量數(shù)據(jù)對(duì)比考察，瓦斯含量測(cè)定采用DGC 瓦斯含量直接測(cè)定裝置。對(duì)比考察測(cè)試點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 對(duì)比考察點(diǎn)布置示意圖

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)考察時(shí)，當(dāng)鉆孔施工至取樣深度處時(shí)，首先采用定點(diǎn)取樣的方式收集一定重量的煤樣測(cè)定瓦斯含量，然后繼續(xù)鉆進(jìn)，再采用孔口取樣的方式收集煤樣，再測(cè)定取樣點(diǎn)的瓦斯含量。瓦斯含量測(cè)定結(jié)果如表1和圖2所示。

表1 定點(diǎn)取樣和孔口取樣瓦斯含量數(shù)據(jù)對(duì)比

從表1和圖2可以看出，深孔取樣方式測(cè)得的瓦斯含量在4.96～14.53 m3/t，孔口取樣方式測(cè)得的含量在4.56～12.35 m3/t。除兩次定點(diǎn)取樣比孔口取樣所測(cè)得的瓦斯含量小以外，其余測(cè)得的瓦斯含量均比孔口取樣大，差值范圍-0.14～3.45 m3/t，平均差值0.93 m3/t；誤差率范圍為-2.31%～26.08%，平均誤差率10.24%。可見(jiàn)采用定點(diǎn)取樣的方式要比孔口取樣更可靠，尤其是在接近抽采達(dá)標(biāo)臨界值8 m3/t時(shí)，采用孔口取樣時(shí)，可能判定為已經(jīng)抽采達(dá)標(biāo)，但采用定點(diǎn)取樣時(shí)，就判定為未抽采達(dá)標(biāo)，從測(cè)定結(jié)果來(lái)看，采用定點(diǎn)取樣在一定程度上可以避免孔口接粉方式帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 定點(diǎn)取樣和孔口取樣瓦斯含量測(cè)量數(shù)據(jù)與孔深關(guān)系圖

同時(shí)，上向孔最大取樣深度達(dá)到了62 m，下向孔最大取樣深度達(dá)到了57 m，能夠滿足工作面區(qū)域措施效果檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)對(duì)取樣深度的要求。

2.3 應(yīng)用K1值指標(biāo)定點(diǎn)取樣含量測(cè)定值的可靠性驗(yàn)證

從表1中可以看出，在試驗(yàn)的9個(gè)區(qū)域措施效果評(píng)價(jià)單元中，應(yīng)用定點(diǎn)取樣有5個(gè)評(píng)價(jià)單元超過(guò)8 m3/t，孔口取樣2個(gè)評(píng)價(jià)單元超過(guò)8 m3/t，孔口取樣超標(biāo)的2個(gè)評(píng)價(jià)單元，定點(diǎn)取樣測(cè)試結(jié)果也出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)瓦斯含量超過(guò)8 m3/t時(shí)，測(cè)定了瓦斯解吸指標(biāo)K1值，并且按照防突規(guī)定的要求繼續(xù)進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽，直到效果檢驗(yàn)符合要求為止。補(bǔ)充區(qū)域防突措施前后含量測(cè)定數(shù)據(jù)和K1值結(jié)果對(duì)比情況見(jiàn)表2所示。

表2 補(bǔ)充區(qū)域防突措施前后含量測(cè)定數(shù)據(jù)和K1值結(jié)果對(duì)比表

從表2中可以看出，在試驗(yàn)期間出現(xiàn)瓦斯含量超標(biāo)的4個(gè)單元中，定點(diǎn)取樣的瓦斯含量介于8.28～14.53 m3/t，對(duì)應(yīng)的K1值范圍為0.42～0.64 mL/(g·min1/2)，除1次瓦斯含量測(cè)定值在8.28 m3/t時(shí)對(duì)應(yīng)的K1值為0.42 mL/(g·min1/2)，沒(méi)有滿足定點(diǎn)取樣所測(cè)瓦斯含量出現(xiàn)超標(biāo)時(shí)瓦斯解吸指標(biāo)K1值同時(shí)超過(guò)臨界值的情況外，其他均滿足該規(guī)律。同時(shí)在采取補(bǔ)充防突措施后，瓦斯含量降到8 m3/t以下，瓦斯解吸指標(biāo)K1值也隨著瓦斯含量的下降而下降。表明了在應(yīng)用“定點(diǎn)取樣+DGC”測(cè)定瓦斯含量可靠性和準(zhǔn)確性得到了明顯提高，很好地促進(jìn)了礦井安全生產(chǎn)。

3 結(jié)論

(1)采用定點(diǎn)取樣的方式上向孔最大取樣深度達(dá)到了62 m，下向孔最大取樣深度達(dá)到了57 m，能夠滿足突出煤層區(qū)域措施效果檢驗(yàn)的要求。

(2)定點(diǎn)取樣比孔口取樣測(cè)定瓦斯含量更準(zhǔn)確，在礦井目前工藝條件下缺少定點(diǎn)取樣數(shù)據(jù)時(shí)，可以探討應(yīng)用孔口取樣所測(cè)得的瓦斯含量1.11倍作為區(qū)域措施效果檢驗(yàn)的依據(jù)。

(3)基于“定點(diǎn)取樣+DGC的方式”測(cè)定瓦斯含量評(píng)價(jià)采掘工作面區(qū)域效果檢驗(yàn)提高了煤層瓦斯含量測(cè)定的準(zhǔn)確性和可靠性。瓦斯含量小于8 m3/t的區(qū)域，進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證時(shí)鉆屑解吸指標(biāo)也小于臨界值；瓦斯含量大于8 m3/t的區(qū)域，進(jìn)行補(bǔ)充防突措施后，區(qū)域驗(yàn)證時(shí)鉆屑解吸指標(biāo)也降到了臨界值以下，實(shí)現(xiàn)了工作面安全回采。