王騰飛

（大同煤礦集團朔州煤電有限責任公司王坪煤礦，山西 懷仁 038300）

1 礦井概況

王坪礦生產(chǎn)能力為260萬t/a，礦井采用中央并列式通風。8308工作面位于王坪井田北部，該工作面西部為303盤區(qū)皮帶巷、回風巷和軌道巷，北部為小峪煤礦417大巷，南部、東部均為實體煤。工作面走向長度為1225m，傾向長度為196m，煤層屬不易自燃煤層，煤塵無爆炸危險性。水文地質(zhì)類型為中等，3號煤層開采時，采煤方法為綜合機械化一次采全高。初始煤層滲透率為1.125×10-3，初始基質(zhì)孔隙率為6%，為低透氣性煤層。為了達到預抽瓦斯的效果，8308工作面回風順槽布置有若干順層鉆孔，如圖1所示。

圖1 8308工作面瓦斯治理示意圖

2 鉆孔有效抽采半徑測定原理

基于瓦斯流動理論和煤層中的瓦斯流動狀態(tài)產(chǎn)生了很多測定瓦斯抽采影響半徑的方法，如壓力變化、瓦斯含量變化、敏感氣體檢測等。根據(jù)王坪礦的煤層地質(zhì)以及現(xiàn)場條件擬采用相對壓力法測定抽采鉆孔的有效影響半徑。根據(jù)瓦斯壓力與含量的關(guān)系式，確定鉆孔瓦斯抽采影響半徑的指標為瓦斯壓力下降10%，確定抽采有效半徑的指標為瓦斯壓力下降51%。

單個順層鉆孔抽采瓦斯的原理如圖2所示，鉆孔垂直于煤壁打進一定距離，在抽采負壓和煤層瓦斯壓力的作用下，鉆孔內(nèi)外形成壓力差，煤層瓦斯從吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，沿著煤層裂隙流向順層鉆孔。隨著抽采時間的增加，鉆孔抽采的輻射范圍逐步擴展，最終形成一個以鉆孔中線為軸心的類似圓形的抽采圈，當周圍煤層瓦斯壓力變?yōu)樵瓉淼?9%時，此時鉆孔所達到的抽采范圍半徑即為抽采有效半徑。

圖2 抽采有效半徑示意圖

3 現(xiàn)場測試方案

現(xiàn)場測試過程中考慮到鉆孔的成孔效果，將鉆孔盡量布置到受采動影響較小、地質(zhì)構(gòu)造簡單、煤質(zhì)改變小的區(qū)域，同時測試周期長約60d，為了保證測試結(jié)果的準確性，將測試地點選擇在8308工作面回風順槽距離開切眼800m處。鉆孔布置如圖3所示，在回風巷上幫布置4個測試孔和1個抽采孔，孔徑均為75mm，鉆孔測試精度達0.5m，且均平行布置并垂直巷道。各布置鉆孔參數(shù)見表1。

圖3 鉆孔布置圖

表1 鉆孔參數(shù)表

4 施工步驟

（1）在8308工作面回風順槽按照鉆孔布置圖首先施工1-1～1-4測壓鉆孔，使用水輔助排渣，直至鉆孔施工完成。

（2）在4個測壓鉆孔施工完成后，將鉆孔清理完畢，立即接入測壓表，采用“兩堵一注”工藝對順層鉆孔進行封孔，封孔材料選擇水泥砂漿。壓力孔為1/2''管，抽采孔采用直徑50mm管封孔，各孔封孔深度均為30m以上，以確保封孔效果的氣密性。待凝固后上壓力表開始測壓，并記錄鉆孔壓力變化情況。

（3）待各測壓孔相對壓力穩(wěn)定后開始施工抽采孔，抽采鉆孔施工完成后與抽采管路連接進行抽采，抽采孔負壓控制到36kPa，并定期觀測各個測壓孔壓力變化狀態(tài)且做好詳細記錄。

（4）每隔3d觀測抽采前后測壓鉆孔瓦斯壓力的變化，測定并繪制出測壓鉆孔的瓦斯壓力變化曲線。

（5）連續(xù)觀測不少于30d，記錄測壓孔瓦斯壓力值和抽采孔瓦斯?jié)舛取?/p>

5 結(jié)果及分析

5.1 鉆孔壓力分析

在為期30d的觀測中，每隔三天記錄一次U型壓差計結(jié)果，并將數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果整理記錄，見表2。

8308工作面回風順槽四個測壓孔U型壓差計數(shù)據(jù)隨時間的變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 瓦斯壓力隨時間變化曲線圖

從圖4可以看出，3號煤層測點處四個鉆孔壓力都有一定程度的變化。

1-1#鉆孔初期變化最為明顯，測壓孔從第二天開始迅速下降，降幅為初始壓差的61%，隨后下降較為平穩(wěn)。當抽采到第8d時，1-1#測壓孔又呈直線下降趨勢，下降幅度接近初次下降程度，降幅為57%。當在36kPa負壓抽采作用下，抽采16d時首先降為0，說明1m的環(huán)形區(qū)域內(nèi)瓦斯已經(jīng)充分抽采，1m區(qū)域在鉆孔抽采有效影響范圍內(nèi)。

表2 3號煤層測點U型壓差計數(shù)據(jù)記錄（mmH2O）

1-2#測壓孔前期瓦斯壓降也較大，但相對于1-1#測壓孔其變化較緩，跨度次于1-1#測壓孔，前期瓦斯壓力降幅達50%左右。在抽采至第20d開始出現(xiàn)負壓，說明該區(qū)域也在有效半徑的影響范圍內(nèi)。

1-3#測壓孔明顯沒有1-1#、1-2#測壓孔迅速，到后期基本平穩(wěn)下降，并保持一直下降的趨勢。當抽采至第30d時，測壓孔壓力接近負壓狀態(tài)，根據(jù)線性分析預計在第33d左右可以達到負壓值，說明2m區(qū)域在有效影響半徑范圍之內(nèi)，但已經(jīng)靠近最大有效影響值。

1-4#測壓孔在整個抽采過程中瓦斯壓力呈現(xiàn)緩慢平穩(wěn)的下降趨勢，在個別抽采階段有壓力上升的點，表現(xiàn)為下降無規(guī)律特點，其壓力下降幅度次于1-3#側(cè)壓孔。抽采至第30d時仍未達到負壓值，根據(jù)線性分析，壓力在36d左右出現(xiàn)負壓，說明2.5m已經(jīng)處于有效影響半徑區(qū)域邊緣處，抽采有效半徑介于2～2.5m范圍內(nèi)。從1-4#測壓孔衰減趨勢看，半徑影響值更接近于2m。

5.2 鉆孔相對壓力與瓦斯?jié)舛鹊臄M合分析

瓦斯抽采有效半徑內(nèi)的測壓孔壓力變化應與抽采孔瓦斯?jié)舛茸兓尸F(xiàn)出相關(guān)性，可以對其進行相關(guān)性分析，得到其相關(guān)系數(shù)以及顯著性水平。因此，對U型壓差計觀測得到的測壓孔壓力數(shù)據(jù)與抽采孔瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，只要其具有統(tǒng)計學意義，則認為該測壓孔位于瓦斯抽采有效半徑范圍內(nèi)。通過對4個測壓孔的數(shù)據(jù)處理分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5 瓦斯壓力與瓦斯?jié)舛葦M合相關(guān)性圖

將數(shù)據(jù)利用OriginPro軟件進行擬合相關(guān)性分析，并將分析結(jié)果列入表3。

表3 瓦斯壓力與濃度相關(guān)性分析

由分析結(jié)果得出，相關(guān)性系數(shù)1-1#（1m）＞1-2#（1.5m）＞1-3#（2m）＞1-4#（2.5m），顯著性水平具有相同規(guī)律，可以得出瓦斯?jié)舛扰c瓦斯壓力具有一定的相關(guān)性，可以認為8308工作面的瓦斯抽采有效半徑R值為2.0m＜R＜2.5m。

6 結(jié)論

（1）本次采用相對壓力法來確認8308工作面煤層順層鉆孔的有效抽采半徑，現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)證實，瓦斯抽采有效半徑R略微大于2.0m，遠小于2.5m，建議在進行鉆孔瓦斯抽采時兩孔間距不大于4m。

（2）通過現(xiàn)場實測可以看出鉆孔抽采有效影響半徑隨著抽采時間的增加而有所增加，但達到一定的時間之后繼續(xù)延長抽采時間，鉆孔抽采有效影響半徑不會增加，繼續(xù)延長抽采時間對瓦斯抽采效果沒有意義。

（3）瓦斯?jié)舛扰c瓦斯壓力具有一定的正相關(guān)性，通過觀察測壓瓦斯壓力隨時間的變化規(guī)律，可以充分指導瓦斯抽采有效半徑的確定。