謝 坤

淮南礦業(yè)集團潘一礦 232001

密集鉆孔對構(gòu)造區(qū)瓦斯噴出的影響

謝 坤

淮南礦業(yè)集團潘一礦 232001

鉆孔內(nèi)瓦斯噴出也叫鉆孔噴孔，是瓦斯孔內(nèi)突出的一種表現(xiàn)形式，因此研究施工地點的瓦斯賦存規(guī)律便可以從源頭上避免噴孔事故的發(fā)生。區(qū)域密集鉆孔指的是在一定范圍內(nèi)對煤巖層施工密度較大的鉆孔，從而對煤層內(nèi)瓦斯進行充分抽放，常見于井筒揭煤鉆、局部高壓卸壓鉆等，區(qū)域密集鉆孔在構(gòu)造區(qū)域?qū)ν咚沟貒姵鲇幸欢ǖ挠绊憽?/p>

噴孔；瓦斯賦存；區(qū)域密集鉆孔；構(gòu)造

Nozzle hole; gas storage; regionail ntensi ve drilling; structure

1 構(gòu)造對瓦斯賦存的影響

地質(zhì)構(gòu)造的分布直接或間接的影響著地應(yīng)力條件的變化、瓦斯壓力的分布、瓦斯含量的高低以及煤體吸附態(tài)瓦斯的釋放程度，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育段往往是瓦斯壓力較高段，瓦斯富集段。

2 區(qū)域密集鉆孔影響瓦斯賦存的因素

2.1 影響瓦斯的儲存空間

2.1.1 瓦斯的儲存空間

瓦斯在形成噴出的一個條件即是在煤（巖）層中要有良好的儲存條件，瓦斯在煤層中的賦存狀態(tài)主要有游離和吸附兩種。由于煤的孔隙多為0.5nm～2nm，1g無煙煤的表面積可達200m。因此，煤體內(nèi)賦存瓦斯?fàn)顟B(tài)以吸附狀態(tài)為主，游離狀態(tài)為輔。煤層內(nèi)存在有孔隙和裂隙兩個系統(tǒng)，煤巖基塊內(nèi)孔隙的容積占煤孔隙和裂隙總?cè)莘e的絕大部分，是瓦斯氣吸附儲集的主要空間。構(gòu)造發(fā)育的區(qū)域也為瓦斯的積聚提供了更多空間。

2.1.2 密集鉆孔的施工對瓦斯儲存空間的影響

密集鉆孔的施工過程中，由于鉆孔密度較大，鉆孔與鉆孔相互影響，鉆孔對煤層擾動明顯，煤層在小范圍開始演變?yōu)橄鄬λ缮ⅲ严洞罅吭黾?，吸附態(tài)瓦斯解吸為游離氣相，出現(xiàn)瓦斯局部富集。密集鉆孔有利于增加瓦斯的儲存空間，對瓦斯地噴出影響較大。

2.2 影響瓦斯的運移

瓦斯在煤層的運移方式有擴散與滲透兩種，擴散主要以菲克擴散為主，其滲透滿足達西定律：

V—滲透速度；K—滲透系數(shù)；I—壓力梯度

鉆孔的出現(xiàn)，破壞了原始煤層的壓力平衡，使得原始煤層吸附態(tài)瓦斯平衡發(fā)生緩慢解吸，鉆孔在地質(zhì)影響帶鉆進時，引起鉆孔擾動范圍內(nèi)吸附態(tài)瓦斯進一步解吸，煤層內(nèi)與外界瓦斯?jié)舛忍荻仍龃?，隨著濃度梯度的增大引起瓦斯擴散速度的增加，地質(zhì)構(gòu)造帶引起的煤巖體破碎、裂隙發(fā)育等因素，進一步加速了瓦斯在自然裂縫網(wǎng)絡(luò)中迅速流動。如果速度、壓力增加到一定程度，煤巖體達到失穩(wěn)狀態(tài)，噴孔便會出現(xiàn)。

2.3 對瓦斯噴出的影響

鉆孔快速鉆進使破裂區(qū)內(nèi)煤體的失穩(wěn)拋出，造成富含高壓瓦斯的煤體突然暴露,同時地應(yīng)力和瓦斯壓力平衡被破壞使瓦斯、煤粉被拋出煤體，形成打鉆噴孔；打鉆擾動使涌出的瓦斯急劇膨脹推動、加速，鉆屑物的向孔外運移從而沖出孔口,形成噴孔。噴孔常發(fā)生在瓦斯壓力大、瓦斯含量高的區(qū)域。

斷層對煤層內(nèi)瓦斯的賦存有著決定性的影響，對于在斷層影響范圍內(nèi)的密集鉆孔來說，密集的鉆孔將煤體內(nèi)的瓦斯連通起來，形成一個較大范圍的瓦斯賦存空間；密集鉆孔的施工，鉆孔周圍形成卸壓區(qū)，煤層內(nèi)吸附態(tài)瓦斯含量大大增加，易形成高壓瓦斯，靠近鉆孔周圍的透氣系數(shù)較大，解吸后的大量富集瓦斯得以迅速釋放出來，形成噴孔。

3 工程實例

3.1 潘一礦第二副井穿4～1煤密集鉆孔的施工對瓦斯噴孔的影響

2008年4月20日潘一礦第二副井迎頭施工揭煤卸壓孔，在該范圍內(nèi)共設(shè)計了272個鉆孔，鉆孔間距為0.5米，屬于密集鉆孔。鉆孔穿透4-1煤層，煤層松軟，煤厚3.5m，煤層頂?shù)装鍨樯百|(zhì)泥巖，透氣性差，且該煤層屬于高瓦斯煤層。該日施工247#鉆孔時，鉆進至18米處出現(xiàn)噴孔，該孔施工方位190°，傾角為-41.5°，設(shè)計深度25米，噴孔后引起瓦斯高值超限。

圖1 潘一礦第二副井鉆孔噴孔地點平面示意圖

3.2 影響因素分析

根據(jù)密集鉆孔周圍透氣性分布規(guī)律的模型試驗可知，密集鉆孔周圍透氣點的滲透系數(shù)隨著載荷的增大呈指數(shù)型增加，在施工鉆孔過程中瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，噴孔后引起了瓦斯高值超限，超限值達到4%，證明了上文所述的由于高密度的鉆孔的施工引起該區(qū)域內(nèi)瓦斯相對富集。由圖1可以看出在揭煤段發(fā)育有一條小斷層，落差為0.5m，當(dāng)鉆孔大量施工后，隨著井筒圍巖應(yīng)力的二次平衡，煤體載荷增加，該斷層作為透氣點滲透系數(shù)增加，加劇了瓦斯的解吸釋放，引起瓦斯噴孔。

4 結(jié)語

區(qū)域密集型鉆孔的施工對瓦斯地噴出有著重要的影響，尤其是在構(gòu)造影響帶。密集鉆孔的施工對于低透氣性煤層的瓦斯卸壓有著良好的效果，但是正是由于鉆孔施工后的煤層透氣性好，易引起瓦斯的迅速涌出，因此在施工該類型鉆孔時可以采用不連續(xù)的施工，增加鉆進后的抽放瓦斯時間，充分的對煤層內(nèi)游離態(tài)瓦斯進行釋放，可以較好的保證施工安全。另外密集型鉆孔的施工前將該區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造賦存形態(tài)了解清楚，并對于鉆孔施工時制定相應(yīng)的施工措施，避免鉆孔抽采瓦斯時出現(xiàn)噴孔，從而保證施工安全。

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Boreholge as gushingi s also called a drill, is the gas hole of a kind of manifestatiotnh, erefo re the research on the constructiosni tes of gas occurrencree gularity can be from the source to prevenst pray hole accidentR. egionadl ense drilling refers to in a certain range of coal and rock constructioonf high density drillingt, hus to coal seam gas in a sufficient drainagec, ommoinn the cross-cut coal drill, local high pressurer elief and drilling, drillingi n regionail ntensivte ectonicr egion on gas discharge has certain effect.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.030

謝坤（1983—）男，安徽淮南人，在淮南礦業(yè)集團潘一礦地測科從事煤礦地質(zhì)工作。