本煤层瓦斯预抽钻孔合理布孔方位研究

路 璐

(山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000)

矿井瓦斯是影响矿井安全生产的重要因素，煤层瓦斯抽采是积极防治瓦斯灾害的有效措施[1].为了降低瓦斯涌出量，保障矿井安全生产，矿井目前采用了多种瓦斯抽采技术措施，如顺层钻孔、穿层钻孔和高抽巷等，取得了优良的应用效果。

国内外瓦斯抽采经验表明，影响钻孔瓦斯抽采效率的最主要因素是煤层的渗透率[2].钻孔瓦斯抽采量的高低不仅与渗透率的大小有关，也与渗透率的方向有关[3-4].因此，为提高钻孔利用率，研究阳泉矿区新景矿8#煤层渗透率的各向异性分布规律，找到最大和最小渗透率的方向，以确定合理的布孔原则。

1 工程背景

根据在新景矿现场调研情况，选择8#煤层北三副巷作为现场试验地点，本工作面井下位于8#煤芦南区北翼采区西北部，东为8129工作面(未掘)，南为8131工作面(未掘)，西为8118工作面(已掘)，北为525水平西大巷。

8#煤层赋存稳定，属复杂结构，属中灰、中硫、中磷的无烟煤，煤层以半亮煤为主，内生裂隙发育。该煤层一般含两层夹石，局部发育有一层或三层夹石，下部夹石厚度变化较大，本面由北部向南逐渐增厚，最厚约1.00 m.

2 煤层渗透率试验

2.1 试样制取及渗透率测试

井下取样时记录好大块煤各端面的方向和取样地点的煤层产状。升井后对煤块进行封蜡处理，装入木箱中，并将缓冲填充物塞入充满木箱，然后再托运回实验室。为钻取不同方向的原煤煤柱，分别沿垂直方向、巷道轴向和巷道轴向垂直方向，将其置于取芯机钻取平台上。分别沿煤层走向、倾向和竖直方向钻取50 mm×100 mm的柱状煤样，保证煤样中的原层位物性参数不变。煤岩渗透率测试系统见图1.

图1 煤样渗透率测试系统实物图

2.2 试验结果

据现场测压结果，北三副巷的原始煤层瓦斯压力在0.6 MPa左右。分别测试10 MPa、11 MPa、12 MPa、13 MPa和14 MPa下的煤样渗透率值。由此可以看出，随着围压的升高，各方向的渗透率逐渐下降，验证了渗透率与围压的反比例关系。同时测得8#煤层的渗流优势方向与煤层走向平行，沿煤层走向的渗透率最大，沿煤层倾向次之，沿竖直方向的渗透率最小，见图2.

图2 北三副巷煤样渗透率测试结果图

3 现场试验方案

选择8#煤层北三副巷作为现场试验地点，试验钻孔布置示意图见图3.根据钻孔轴向与巷道轴向的不同夹角布置5组钻孔，各组钻孔轴向与巷道轴向的夹角分别为30°、60°、90°、120°和150°，每组钻孔间距30 m.每组钻孔布置两个钻孔，钻孔长80 m，钻孔垂距为10 m.150°组钻孔最左侧钻孔开孔位置距8128工作面停采线126 m，该钻孔距30°组最右侧钻孔256.2 m.钻孔垂向开孔位置与日常开孔位置一致，封孔长度亦与日常封孔长度保持一致。

图3 北三副巷试验钻孔布置示意图

4 抽采效果分析

通过对不同角度的钻孔对应的瓦斯抽采流量汇总分析后发现：150°钻孔(13#—15#钻孔)>30°钻孔(1#—3#钻孔)>60°钻孔(4#—6#钻孔)>90°钻孔(7#—9#钻孔)>120°钻孔(10#—12#钻孔)。对比试验地点钻孔与煤层走向夹角和钻孔抽采流量的规律可以看出，150°钻孔(13#—15#钻孔)与煤层走向接近垂直，1#—6#钻孔与煤层走向的夹角较大(>60°)，7#—12#钻孔与煤层走向的夹角较小(<30°).总体上为钻孔与煤层夹角越大，钻孔抽采流量越大，即抽采效果越好，见图4.

图4 各方位试验钻孔平均流量变化情况图

5 结 论

1)实验室研究了煤样的渗透率，得出煤层渗透率规律为：沿煤层走向的渗透率最大，倾向次之，竖直方向最小。

2)结合阳煤集团新景矿8#煤层产状分布，设计了瓦斯预抽钻孔布孔方案,并在现场开展钻孔合理布孔方位试验研究，确定合理布孔原则为钻孔应尽可能与煤层走向保持垂直。

3)现场试验研究表明，新景矿可以通过合理的布孔方式提高单孔瓦斯抽采量和累积瓦斯抽采量，提高抽采效果和回采效率，保障矿井安全生产。