順層鉆孔抽采瓦斯影響因素分析

(河南能源義煤公司新義礦業有限公司，河南 洛陽 471000)

0 引言

新義礦業公司為煤與瓦斯突出礦井，可采煤層為二1煤層。由于煤層埋深較大，煤厚變化較大，松軟破碎，透氣性差，回采煤層厚度變化較大，煤層厚度平均5.11 m，容重1.46 T/m3，煤層為III-IV 構造軟煤，瓦斯放散初速度ΔP值在15.0～28.0之間，煤層煤體堅固性系數f值在0.22～0.65之間，平均值為0.35。關于礦井的瓦斯處理方式的選擇為穿層鉆孔+順層鉆孔抽采相結合的方式，在實際生產過程中為進一步提高抽采效率，本研究對于抽采的負壓時間、鉆孔相關參數及鉆孔的密度等相關參數進行了優化，選擇相對合理的抽采參數從而有效提高抽采效率。

1 順層鉆孔預抽區域煤層瓦斯區域技術

為保障工作面抽采達標，在工作面軌道、運輸順槽掘進過程中，分別長距離順層鉆孔，預抽回采區域煤層瓦斯的區域防突措施。根據資料可知，新義礦業瓦斯抽采半徑為R/2 m，抽放鉆孔布置在工作面軌道和順槽靠工作面一側的巷幫，鉆孔直徑94 mm，間排距2 000 mm×400 mm。根據煤層實際厚度分別在掘進巷道的回采側每隔2 m 施工一列1～3個長鉆孔，鉆徑94 mm，孔深60 m，兩側鉆孔交叉不小于5 m，杜絕出現空白帶，順層回采區域抽放鉆孔布置如圖1所示。

圖1 順層回采區域抽放鉆孔布置圖

2 順層鉆孔抽采影響因素分析

2.1 抽采負壓

抽采鉆孔負壓對鉆孔內瓦斯的流動起2個方面的作用，一是給瓦斯提供導流作用，二是攔截瓦斯流。提高鉆孔的抽采負壓，可以使煤層中的部分游離瓦斯轉向流入抽采鉆孔，增大順層鉆孔的瓦斯抽采量。然而，這主要是針對處于巷道卸壓帶的抽采鉆孔而言的。該區域的煤巖體在礦山壓力作用下被破壞，圍巖透氣系數增大，瓦斯壓力降低。提高抽采負壓可擴大鉆孔抽采瓦斯的范圍，截取流向巷道的瓦斯，從而增大鉆孔瓦斯抽采量[1-2]。因瓦斯抽采泵提供的抽采負壓多為幾十千帕，大大低于一個大氣壓，對于抽采鉆孔內的瓦斯壓力幾兆帕而言可以忽略不計。因此，增大負壓對提高順層鉆孔瓦斯抽采效果非常有限。另外，在鉆孔封孔條件不佳的情況下，提高抽采負壓可使巷道內的空氣通過煤層裂隙進入鉆孔，并流入抽采管路，造成瓦斯抽采濃度下降，降低了瓦斯抽采效果。

現階段礦井的整體瓦斯抽采負壓值偏低，在工作過程中鉆孔的負壓差基本上在550 mmHg以下，換算成標準大氣壓僅為0.006 MPa，而導致這一數值較低的原因不能完全歸咎于抽放管路的抽放能力較差。因此，為了進一步提升礦井鉆孔抽采效果，需要對負壓值進行及時的調節，可以通過降低負壓來保證整個礦井的瓦斯濃度處于安全范圍之內，因此負壓抽采并不是決定抽采效果的重要因素。

2.2 抽采時間

隨著抽采時間的延長，抽采鉆孔的瓦斯涌出強度逐步衰減，瓦斯抽采量在一定時間內隨著抽采時間的延長而逐漸增大。因為抽采鉆孔的瓦斯流場為非穩定場，超過一定時間后隨著抽采時間的延長，鉆孔抽采瓦斯量將逐漸降低，從而失去抽采意義。對于低透氣性煤層而言，因瓦斯涌出衰減系數較大，增加抽采時間對增大抽采量的影響較小；同時考慮到礦井的生產情況和接替關系，也不允許有太長的抽采時間。為了提高鉆孔瓦斯抽采效率，必須保證合理的抽采時間。《煤礦安全規程》第一百九十條規定：突出煤層瓦斯預抽率應大于30%，因此，確定二1煤層鉆孔必要的預抽時間選為6個月，以達到“消除危險”“應抽盡抽”的作用。

2.3 鉆孔直徑

鉆孔直徑越大，瓦斯抽采量越大。這是由于大直徑鉆孔增加了煤壁暴露面積和鉆孔周邊煤體的卸壓范圍，可以在一定程度上提高瓦斯抽采量。實踐表明，加大鉆孔直徑在短時間內能呈現一些效果，在長時間內對提高鉆孔瓦斯抽采量影響并不明顯。況且大直徑鉆孔的施工會使鉆機鉆進的負荷成幾何倍數增加，同時大直徑鉆孔易發生垮孔和排渣困難。因此，在采取增大鉆孔直徑的措施時，需要綜合考慮礦井和煤層的實際情況。

2.4 封孔工藝

井下鉆孔封孔效果差，抽采濃度低是瓦斯抽采存在的主要問題，大大影響了瓦斯的綜合利用。影響鉆孔瓦斯抽采濃度的關鍵問題是鉆孔孔口的封孔質量，在保證孔內有足夠的瓦斯源的基礎上，只有確保良好的封孔質量，才能抽出高濃度瓦斯。在此基礎上，一定程度地增大封孔長度，并使用帶壓注漿封孔，可以在保證瓦斯濃度的基礎上，有效提高瓦斯抽采量，從而提高了瓦斯抽采效果。目前該礦井下常用的封孔工藝仍為聚氨酯兩堵一注封孔帶壓封孔方式，注漿壓力0.3 MPa，封孔長度12 m，能夠有效保證封孔的質量，初始抽采瓦斯濃度80%以上，6個月后仍能保證在50%以上。

2.5 鉆孔密度

在一定的抽采時間內，每個鉆孔都有一個自己控制的瓦斯流場，在各個鉆孔的流場互相干擾較小時，增大鉆孔的密度可提高煤層的瓦斯抽采量。對于低透氣性煤層而言，各個鉆孔控制的瓦斯流場范圍比較小，隨著抽采時間的增加，流場的擴展范圍增加較小，因此增加鉆孔的密度對提高瓦斯抽采量的效果就顯得比較重要，同時增加鉆孔的密度，增加了煤層的卸壓作用，使煤層透氣性增加。由于增加鉆孔的密度是一種簡單易行的措施，因此它是提高開采層瓦斯抽采率的一項主要措施，可以在保證一定瓦斯抽采率的情況下，縮短抽采時間。目前，礦井工作面本煤層鉆孔采用三花眼布置，排間距1 m，鉆孔間距3 m。在靠近回采面切眼的煤體內的鉆孔，其抽采時間常常無法保證，因此，可以根據預抽時間的需要適當增加鉆孔密度，最大限度地提高鉆孔的抽采效果。

3 結語

順層鉆孔抽采本煤層瓦斯時，對于鉆孔的抽采時間、封孔方式、鉆孔密度等參數進行優化能夠有效提升礦井的瓦斯抽采效果，且上述因素對瓦斯抽采影響顯著，與之對應的鉆孔直徑及抽采負壓等相關參數對于瓦斯抽采影響較不明顯。