瓦斯抽放半径测定方法在平沟煤矿的实践与应用

邢玉强

(内蒙古乌海市神华乌海能源有限责任公司，内蒙古 016000)

瓦斯抽放半径测定方法在平沟煤矿的实践与应用

邢玉强

(内蒙古乌海市神华乌海能源有限责任公司，内蒙古 016000)

本文详细地介绍了相对瓦斯压力测定法测定瓦斯抽放半径的工作原理，并利用相对瓦斯压力测定法对平沟煤矿1606综采工作面的瓦斯抽放钻孔的瓦斯抽放半径进行了测定，通过现场测定确定了钻孔的瓦斯抽放半径，为顺层瓦斯抽放钻孔间距的设计提供了合理依据，确保了工作面的安全生产。

瓦斯抽放半径 测定 实践与应用

Abstract:The paper described in detail the working principles for determining gas drainage radius by using the relative gas pressure determination method．The author made use of this method to determine the gas drainage radius in No.1606 fully mechanized face in Pinggou coal mine．The in-situ measurement determined the gas drainage radius of the borehole，which provided rational criterion for design of spacing of the gas drainage boreholes drilled along the workface，and ensured safe production of the work face．

Keywords:Gas drainage radius;determination;practice and application

1 概况介绍

神华集团乌海能源有限责任公司平沟煤矿坐落在内蒙古乌海市海渤湾区卡布其，矿井核定生产能力为1.2Mt/a;该矿通风方式为分区抽出式通风，每个盘区在浅部开一个回风井。该矿采用两井筒进风，即一、二号副井同时入风，各盘区上山回风。平沟煤矿的矿井绝对瓦斯涌出量为44.275m3/min，根据2010年新出版的《煤矿安全规程》第一百三十三条规定:“矿井的相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min时就是高瓦斯矿井”可以判定平沟煤矿为高瓦斯矿井，另外平沟煤矿16#煤层的透气性系数为0.129～0.611m2/MPa2.d属于低透气性煤层;该矿为了增加煤层的透气性提高瓦斯抽放效率在16#煤层的1606综采工作面实施顺层瓦斯抽放钻孔预抽煤层瓦斯。在进行预抽煤层瓦斯时钻孔的瓦斯抽放半径如何确定始终是困扰瓦斯抽放设计的一个技术难题，最后运用相对瓦斯压力测定法来测定瓦斯抽放半径收到了较好的效果。

2 相对瓦斯压力测定法测定瓦斯抽放半径的工作原理及其具体应用

2.1 相对瓦斯压力测定法的工作原理

图1 测试钻孔布置图

相对瓦斯压力测定法的理论依据《煤矿安全规程》明确规定:预抽煤层瓦斯后，必须对预抽瓦斯防治突出效果进行检验，其检验的指标之一是煤层瓦斯预抽率大于30%，即抽放后的瓦斯含量小于抽放前的70%以上。在保证工业应用误差允许前提下，瓦斯压力P和瓦斯含量X存在着一个抛物线关系。

首先提出用抛物线方程来近似取代煤层瓦斯含量曲线，即:

式中X——煤层瓦斯含量，m3/t;

α——煤层瓦斯含量系数，m3/(t·MPa1/2);

P——煤层瓦斯压力，MPa。

因此，抽放前后瓦斯含量降低的比例和瓦斯压力降低的比例也是存在抛物线关系的。如果煤层预抽率为30%，即残余瓦斯含量为原始瓦斯的70%，通过计算知此时残余瓦斯压力为原始瓦斯压力值的49%，瓦斯压力下降量为51%。相对压力指标法测定钻孔的有效半径就是依据这个原理来进行的。首先在煤层打一排测压孔，如图1所示，在每个测压孔装上压力表，记录每个测压孔的原始压力P1、P2、P3……Pn;然后进行抽放。观察各个测压孔瓦斯变化情况，将瓦斯压力下降到稳定压力10%以上的钻孔视为抽放影响范围内钻孔，将距抽放钻孔最远的一个抽放影响范围内钻孔到抽放钻孔的距离视为抽放影响半径。定期观察每个测压孔的瓦斯压力P'1、P'2、P'3……P'n。根据每个测压孔的原始压力和抽放后的压力，可以得到每个测压孔的预抽率。如果a(a=1、2、3……n)号孔以及a号孔之前的每个测压孔的瓦斯压力下降量都大于或等于51%，而a号孔之后的测压孔都小于51%，那么d=d1+d2+d3+……+da－1，这里的d就是钻孔的有效抽放半径。因此，确定钻孔瓦斯抽放影响半径的指标为瓦斯压力下降10%以上，确定抽放有效半径的指标为瓦斯压力下降51%以上。

2.2 相对瓦斯压力指标法测定瓦斯抽放半径的方法和具体步骤

2.2.1 相对瓦斯压力指标法所需设备和资料

(1)钻机一台，φ75mm钻杆25m，φ94mm三翼合金钻头3个;

(2)测定瓦斯压力的压力表8个，U型压差计3个，乳胶管适量;

(3)封孔使用的φ50mm钢管36m(每个孔封孔长度为6m);

(4)封孔用的马丽散800kg;

(5)高浓度瓦斯检定器2台;

(6)煤气表2个，连接抽放孔用的橡胶软管和接头适量，变径挡板2个;

(7)计时用表1块，记录本1个。

2.2.2 相对瓦斯压力指标法的操作步骤

(1)在1606综采工作面回风顺槽巷道比较平直、无杂物、距离瓦斯抽放管的三通位置较近的地方开始施工1个瓦斯抽放钻孔煤壁选定位置，然后以间距为1m的标准自抽放孔向外依次施工5个观测孔;钻孔的施工参数如表1所示，钻孔布置图如图2所示。

图2 钻孔布置示意图

(2)每打好一个孔必须立即进行封孔，封孔后在每个孔的封孔管的外口及时安装1个压力表，待瓦斯压力稳定后及时观测孔内的原始瓦斯压力，并且做好瓦斯压力观测记录。

(3)当所有钻孔的原始瓦斯压力测定完毕后，将抽放孔用橡胶软管和接头与1606回风顺槽的瓦斯抽放管相连接，开始进行抽放试验。

(4)瓦斯抽放钻孔开始带抽后，每天安排专人对5个观测孔内的瓦斯压力进行测定，并做好详细的观测记录。

(5)试验钻孔的观测时间为20～50d，观察各个测压孔瓦斯变化情况，将瓦斯压力下降到稳定压力10%以上的钻孔视为抽放影响范围内钻孔，将距抽放钻孔最远的一个抽放影响范围内钻孔到抽放钻孔的距离视为抽放影响半径。定期观察每个测压孔的瓦斯压力P'1、P'2、P'3……P'5。根据每个测压孔的原始压力和抽放后的压力，可以得到每个测压孔的预抽率。如果a(a=1、2、3、4、5)号孔以及a号孔之前的每个测压孔的瓦斯压力下降量都大于或等于51%，而a号孔之后的测压孔都小于51%，那么d=d1+d2+d3+……+da－1，这里的d就是钻孔的有效抽放半径。因此，确定钻孔瓦斯抽放影响半径的指标为瓦斯压力下降10%以上，确定抽放有效半径的指标为瓦斯压力下降51%以上。

表1 钻孔施工参数表

2.3 瓦斯抽放半径数值的确定

在最初测定观测孔原始瓦斯压力时发现1#～5#观测孔的原始瓦斯压力极其不稳定，尤其是1#观测孔最初测定的瓦斯压力达到400Pa左右，但随后在抽放孔没有抽放的情况下又迅速降到负值。经过现场分析和研究决定将瓦斯抽放孔甩掉，将1#观测孔改为瓦斯抽放孔，将2#～5#孔改为1#～4#观测孔，来观测在抽放的情况下其瓦斯压力的变化情况。改孔后当瓦斯抽放钻孔的瓦斯抽放负压达到17kPa时观测1#～4#观测孔的数据如表2所示。首先我们通过观测发现1#、2#、3#、4#观测孔的原始瓦斯压力分别为500Pa、60Pa、60Pa、0.1MPa，根据相对瓦斯压力测定法的原理确定抽放有效半径的指标为瓦斯压力下降51%以上，则当瓦斯抽放孔开始带抽后1#、2#、3#、4#观测孔原始瓦斯压力的51%的 值 分 别 为255Pa、30.6Pa、30.6Pa、0.051MPa。在瓦斯抽放孔开始带抽的情况下我们通过现场实测各个观测孔的数据发现1#观测孔在2010年12月14日降到248Pa，这个数值已经小于255Pa，这表明瓦斯抽放钻孔的抽放半径已经影响到了1#观测孔，通过现场实测发现2#观测孔、3#观测孔分别于12月17日、12月20日降为负值，同理可以表明瓦斯抽放钻孔的抽放半径已经影响到了2#观测孔、3#观测孔;我们又连续进行了观测发现4#观测孔始终保持0.1MPa的瓦斯压力，这就表明瓦斯抽放钻孔的抽放有效半径始终没有影响到第4#观测孔，由于我们设计的钻孔间距为1m，抽放孔钻孔距3#观测孔的距离为3m，由此我们根据相对瓦斯压力测定法确定出瓦斯抽放钻孔的抽放半径为3m，这样我们设计顺层抽放钻孔的间距为6m最为合理。

表2 瓦斯压力观测数据表

3 结论

我们通过用相对瓦斯压力测定法来测定顺层瓦斯抽放钻孔的抽放半径，这就为设计顺层瓦斯抽放钻孔的瓦斯抽放间距提供了合理依据，优化了瓦斯抽放设计，提高了采煤工作面的瓦斯抽放效率。2011年10月份平沟矿1606综采工作面在没有采取相对瓦斯压力测定法优化顺层瓦斯抽放设计之前工作面上隅角瓦斯浓度经常保持在0.8%左右，由于瓦斯的影响严重制约了工作面的安全生产;采用相对瓦斯压力测定法优化顺层瓦斯抽放设计以来工作面上隅角瓦斯浓度基本上保持在0.2%～0.4%之间，有效地治理了采空区及上隅角的瓦斯，促进了工作面的安全生产。

［1］徐永圻.采矿学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2003.

［2］国家安全生产管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程 ［Z］.2010.1.25.

［3］杜泽生，罗海珠.煤矿瓦斯有效抽放半径的测定计算方法［J］.煤炭科学技术，2009，37(2):59－62.

Practice and Application of Gas Drainage Radius Determination Method in Pinggou Coal Mine

Xing Yuqiang
(Inner Mongolian Wuhai City Shenhua Wuhai Energy Ltd.Co.，Inner Mongolia 016000)

邢玉强，男，神华乌海能源有限责任公司通风管理部通风科科长，主要从事“一通三防”技术管理工作。

(责任编辑 桑逢云)