李 鵬

(陽泉市上社二景煤炭有限責(zé)任公司，山西省陽泉市，045200)

防突規(guī)定執(zhí)行以來，“區(qū)域防突措施先行，局部防突措施補(bǔ)充”作為核心的“兩個四位一體”綜合防突措施已經(jīng)深入人心，區(qū)域突出危險性預(yù)測和區(qū)域措施效果檢驗(yàn)作為重要區(qū)域防突措施的兩個步驟，預(yù)測和檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性直接影響著礦井的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，作為區(qū)域突出危險性預(yù)測、區(qū)域措施效果檢驗(yàn)的主要手段的煤層瓦斯含量測定工作就顯得尤為重要。

瓦斯含量直接測定過程包括井下瓦斯解吸量測定、地面瓦斯解吸量測定、煤樣粉碎瓦斯解吸量測定、殘存瓦斯量計(jì)算(或測定)以及損失瓦斯量計(jì)算。DGC瓦斯含量測定裝置配合可靠的煤樣罐和煤樣粉碎機(jī)，解決了地面瓦斯解吸量測定、煤樣粉碎瓦斯解吸量測定存在的問題。因此，目前測試手段下影響瓦斯含量測定的主要因素是井下瓦斯解吸量測定。

目前，很多突出礦井在采用直接法測定煤層瓦斯含量時，在孔口采集煤樣，該方法對于大傾角煤層以及穿層孔來說，測量的誤差不大，但對于傾角不大的煤層尤其是近水平煤層來說，會產(chǎn)生較大的測量誤差。在孔口采集的煤樣可能混有煤孔壁上的煤粉，同時在孔深較大時，煤樣在孔內(nèi)運(yùn)行時間較長，不能完全滿足《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》( 以下簡稱《含量測定方法》) 中關(guān)于“煤樣從暴露到被裝入煤樣罐密封的時間不應(yīng)超過5 min”的要求。

基于上述現(xiàn)狀，采用SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置，進(jìn)一步確保了用瓦斯含量進(jìn)行區(qū)域效果檢驗(yàn)時判定結(jié)果的可靠性，從而實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。

1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在陽泉市上社二景煤礦15#煤層的15106回采工作面。15106工作面平均走向長度1035 m，傾向長度134 m，傾角7°～12°，平均傾角9°。堅(jiān)固性系數(shù)0.22～0.6，透氣性系數(shù)0.03～0.08 m2/(MPa2·d)，屬于松軟低透難抽采煤層。煤層頂板為泥巖和砂質(zhì)泥巖互層，底板為砂質(zhì)泥巖。采用走向長壁后退式綜采放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板。

15106工作面區(qū)域防突措施采用順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，在工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷施工順層鉆孔，鉆孔孔徑為120 mm，進(jìn)、回風(fēng)巷鉆孔長度為75 m，中間交叉16 m，鉆孔間距為5 m，鉆孔封孔深度不小于15 m。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)對比

2.1 SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置

SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置由雙壁鉆桿(直徑50 mm、扭矩≥5000 N/m)、噴射取樣鉆頭(直徑73 mm)、雙通道水尾組成。SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置鉆進(jìn)時壓風(fēng)由鉆具內(nèi)管和環(huán)形空間同時進(jìn)入，再從鉆具外壁排渣；取樣時裝置采用反循環(huán)鉆進(jìn)原理，即壓風(fēng)由鉆具環(huán)形空間進(jìn)入，經(jīng)鉆具內(nèi)管再把取樣鉆頭切削下來的煤樣送出，這時的壓風(fēng)只攜帶了孔底煤樣，從而實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)快速取樣。

2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

鉆孔采用SDQ-50定點(diǎn)取樣裝置的專用鉆桿和鉆頭進(jìn)行施工，風(fēng)壓0.55 MPa。

在15106工作面進(jìn)行區(qū)域效檢時，因工作面傾向長度為134 m，同時考慮到礦井施工工藝和條件下SDQ-50最大的取樣深度，制定沿工作面傾向方向上最大深度含量測試點(diǎn)盡量布置在60～80 m范圍的原則，在施工檢驗(yàn)孔的過程中每鉆進(jìn)10～20 m分別進(jìn)行定點(diǎn)取樣和孔口取樣，進(jìn)行瓦斯含量測定。

沿工作走向每30～50 m劃分為1個效果檢驗(yàn)評價單元，在1～4評價單元考察上向孔取樣，5～9單元下向孔取樣，每個單元施工1個鉆孔進(jìn)行比對，即在15106進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行了4個鉆孔13組含量數(shù)據(jù)對比考察；在15106回風(fēng)巷進(jìn)行了5個鉆孔12組含量數(shù)據(jù)對比考察；共在9個鉆孔進(jìn)行了25組含量數(shù)據(jù)對比考察，瓦斯含量測定采用DGC 瓦斯含量直接測定裝置。對比考察測試點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 對比考察點(diǎn)布置示意圖

現(xiàn)場試驗(yàn)考察時，當(dāng)鉆孔施工至取樣深度處時，首先采用定點(diǎn)取樣的方式收集一定重量的煤樣測定瓦斯含量，然后繼續(xù)鉆進(jìn)，再采用孔口取樣的方式收集煤樣，再測定取樣點(diǎn)的瓦斯含量。瓦斯含量測定結(jié)果如表1和圖2所示。

表1 定點(diǎn)取樣和孔口取樣瓦斯含量數(shù)據(jù)對比

從表1和圖2可以看出，深孔取樣方式測得的瓦斯含量在4.96～14.53 m3/t，孔口取樣方式測得的含量在4.56～12.35 m3/t。除兩次定點(diǎn)取樣比孔口取樣所測得的瓦斯含量小以外，其余測得的瓦斯含量均比孔口取樣大，差值范圍-0.14～3.45 m3/t，平均差值0.93 m3/t；誤差率范圍為-2.31%～26.08%，平均誤差率10.24%?？梢姴捎枚c(diǎn)取樣的方式要比孔口取樣更可靠，尤其是在接近抽采達(dá)標(biāo)臨界值8 m3/t時，采用孔口取樣時，可能判定為已經(jīng)抽采達(dá)標(biāo)，但采用定點(diǎn)取樣時，就判定為未抽采達(dá)標(biāo)，從測定結(jié)果來看，采用定點(diǎn)取樣在一定程度上可以避免孔口接粉方式帶來的安全風(fēng)險。

圖2 定點(diǎn)取樣和孔口取樣瓦斯含量測量數(shù)據(jù)與孔深關(guān)系圖

同時，上向孔最大取樣深度達(dá)到了62 m，下向孔最大取樣深度達(dá)到了57 m，能夠滿足工作面區(qū)域措施效果檢驗(yàn)測試點(diǎn)對取樣深度的要求。

2.3 應(yīng)用K1值指標(biāo)定點(diǎn)取樣含量測定值的可靠性驗(yàn)證

從表1中可以看出，在試驗(yàn)的9個區(qū)域措施效果評價單元中，應(yīng)用定點(diǎn)取樣有5個評價單元超過8 m3/t，孔口取樣2個評價單元超過8 m3/t，孔口取樣超標(biāo)的2個評價單元，定點(diǎn)取樣測試結(jié)果也出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)瓦斯含量超過8 m3/t時，測定了瓦斯解吸指標(biāo)K1值，并且按照防突規(guī)定的要求繼續(xù)進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽，直到效果檢驗(yàn)符合要求為止。補(bǔ)充區(qū)域防突措施前后含量測定數(shù)據(jù)和K1值結(jié)果對比情況見表2所示。

表2 補(bǔ)充區(qū)域防突措施前后含量測定數(shù)據(jù)和K1值結(jié)果對比表

從表2中可以看出，在試驗(yàn)期間出現(xiàn)瓦斯含量超標(biāo)的4個單元中，定點(diǎn)取樣的瓦斯含量介于8.28～14.53 m3/t，對應(yīng)的K1值范圍為0.42～0.64 mL/(g·min1/2)，除1次瓦斯含量測定值在8.28 m3/t時對應(yīng)的K1值為0.42 mL/(g·min1/2)，沒有滿足定點(diǎn)取樣所測瓦斯含量出現(xiàn)超標(biāo)時瓦斯解吸指標(biāo)K1值同時超過臨界值的情況外，其他均滿足該規(guī)律。同時在采取補(bǔ)充防突措施后，瓦斯含量降到8 m3/t以下，瓦斯解吸指標(biāo)K1值也隨著瓦斯含量的下降而下降。表明了在應(yīng)用“定點(diǎn)取樣+DGC”測定瓦斯含量可靠性和準(zhǔn)確性得到了明顯提高，很好地促進(jìn)了礦井安全生產(chǎn)。

3 結(jié)論

(1)采用定點(diǎn)取樣的方式上向孔最大取樣深度達(dá)到了62 m，下向孔最大取樣深度達(dá)到了57 m，能夠滿足突出煤層區(qū)域措施效果檢驗(yàn)的要求。

(2)定點(diǎn)取樣比孔口取樣測定瓦斯含量更準(zhǔn)確，在礦井目前工藝條件下缺少定點(diǎn)取樣數(shù)據(jù)時，可以探討應(yīng)用孔口取樣所測得的瓦斯含量1.11倍作為區(qū)域措施效果檢驗(yàn)的依據(jù)。

(3)基于“定點(diǎn)取樣+DGC的方式”測定瓦斯含量評價采掘工作面區(qū)域效果檢驗(yàn)提高了煤層瓦斯含量測定的準(zhǔn)確性和可靠性。瓦斯含量小于8 m3/t的區(qū)域，進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證時鉆屑解吸指標(biāo)也小于臨界值；瓦斯含量大于8 m3/t的區(qū)域，進(jìn)行補(bǔ)充防突措施后，區(qū)域驗(yàn)證時鉆屑解吸指標(biāo)也降到了臨界值以下，實(shí)現(xiàn)了工作面安全回采。