氧气示踪法在确定瓦斯抽采半径中的应用

文/张辉元

随着矿井开采深度的不断增加，瓦斯治理的难度日益突出，瓦斯抽采在矿井安全生产中的作用就越加重要。为了准确地确定瓦斯抽采在相同的抽采负压作用下，抽采钻孔间距是否在抽采半径内，贵州盘江精煤股份有限公司土城煤矿运用氧气示踪方法作为决定依据，确保高效抽采，安全生产。

一、瓦斯抽采过程中存在的问题

在瓦斯抽采过程中，经常出现没有准确的瓦斯抽采半径，而任意确定抽采设计的现象。如果钻孔抽采间距过大，则无法有效抽采瓦斯且钻孔之间存在盲区，达不到瓦斯治理的效果；如果抽采间距过小，将造成浪费大量的人力、物力、财力。同时，因钻孔间距小，施钻过程中将增加煤体裂隙，给钻孔封孔致密性造成难度，容易导致钻孔维护困难等一系列问题。

二、氧气示踪法的应用

1.测定抽放半径的方法选择

预抽钻孔在抽采煤层瓦斯时，在钻孔负压及瓦斯压力的共同作用下，预抽钻孔周围煤体的瓦斯不断进入钻孔影响区域并被抽走，逐渐形成以钻孔中心线为轴心的类似圆柱形的抽采影响区域，该抽采影响区域的半径就是该预抽钻孔抽采影响半径。测定抽放半径的方法有：压力指标法、含量指标法、相对压力指标法、示踪气体法等方法。

为了充分考虑实际运用效果，主要采用氧气作为示踪气体。氧气示踪气体法不但可以检验某个抽采负压作用下的钻孔间距是否在抽采半径内，同时还可以检验钻孔封孔质量和钻孔内一氧化碳情况。

2.氧气示踪法的优势和不足

选择氧气作为示踪气体的优势：氧气制取方便，运用广泛，且氧气无毒、无色、无味、不溶于水；运用设备较少，利用矿井多功能气体分析色谱仪可准确测定出氧气浓度变化情况，操作简单；利用氧气示踪法测定抽采半径前，必须测定钻孔内气体成分情况，能够有效地考察钻孔封孔质量及孔内一氧化碳情况。

氧气示踪法测定虽然具有分析速度快，检测方便等优点外，因钻孔内含有氧气成分，容易使测定的抽采半径准确性差、监测过程中钻孔封孔不严密易导致参数分析错误，所以运用氧气作为示踪气体分析抽采钻孔是否在抽采半径以内，必须要求钻孔气密性好，对钻孔的封孔质量要求较高。为了避免钻孔内氧气成分干扰测定结果，测定过程中必须反复论证减小误差。

3.氧气示踪法的测定步骤

首先将钻孔严密封抽以后，在未进行测定前连续测定钻孔内氧气浓度，确保钻孔封孔可靠性；其次对测试孔进行充氧，持续分析观测孔内气体变化，一旦检测到观测孔内氧气浓度升高、瓦斯浓度降低，即可预判钻孔间距在有效抽采半径内；为了保证测试的准确性，并排除钻孔漏气供氧可能，第三步中断对测试孔的充氧，观测孔内氧气浓度再次降低，最终确定该测试孔和观测孔的间距 （钻孔间距）是否在抽采半径以内。步骤见下图所示。

氧气示踪法测定抽采半径步骤图

三、氧气示踪法在确定抽采半径中的实施

1.钻孔布置

钻孔选择在巷道上帮煤层稳定、附近无构造的地点施工，施工钻孔处保证巷道压力小、支护完好，本次钻孔施工在141211运输巷开口往里370m处，钻孔间距5.3m，钻孔深度大于60m，封孔材料采用玛丽散配合水泥带压封孔，封孔深度20m。钻孔从5月12日开始施工21#钻孔，采用ZY-750钻机施工，钻孔直径75mm，钻孔垂直下帮，沿煤层钻进。到5月14日共施工5个钻孔。

2.钻孔气体参数分析

钻孔施工完后，立即对钻孔进行封孔连抽，抽放24小时后，关闭19#、20#、22#、23# 测 试 钻 孔 单 孔阀门（试验过程中 19#、20#、23# 单孔阀门始终处于关闭状态），只对21#观测孔进行抽放，并每隔8小时取样检测钻孔内的气体参数，气体参数见表1所示。

从分析结果看，钻孔内气体成分基本稳定且无一氧化碳。从5月17日 8∶25开始向 22#钻孔内充纯度为99.5%的氧气，保持氧气不间断供给，充氧气4小时后每隔8小时对21#钻孔取样检测钻孔内的气体参数，气体参数见表2所示。

表1 21#观测孔内气体参数

表2充氧后21#观测孔气体参数

注入氧气过程中，21#观测孔内氧气逐渐升高，瓦斯浓度逐渐降低，实际说明：22#测试孔内的氧气向21#观测孔移动；21#钻孔存在漏气可能。为进一步核实氧气浓度变化并非是钻孔漏气造成，5月18日18：20中断氧气供给，8小时后对21#观测孔取样检测钻孔内的气体参数。中断充氧后的气体成分中，氧气浓度开始下降，瓦斯浓度开始上升，排除钻孔封孔不严密的可能性。5月21日10∶40对22#测试孔进行二次充氧气，进一步核实22#测试孔在21#观测孔的抽放范围以内，充氧气4小时后每隔8小时对21#观测孔取样检测，充分说明22#测试孔处在21#观测孔的抽采半径以内。

3.测定结果

通过反复向22#测试孔内充氧，对21#观测孔检测到的气体参数变化进行分析，能够充分证明22#钻孔处在21#钻孔抽采半径以内，两孔间距为5.3m，即141211运输巷抽采半径大于5.3m。

四、结束语

通过对141211采面钻孔采用氧气示踪法考察钻孔间距是否在抽采半径内，不仅能指导钻孔设计，还能随时根据测定情况调整抽采负压，使钻孔具有足够的抽采负压，对瓦斯抽采具有很好的借鉴作用。