胡榮

【摘 要】 為合理設(shè)計綜采工作面瓦斯抽采鉆孔的布置方案，本文以山西某礦48707工作面地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，采用瓦斯流量法對工作面瓦斯抽采鉆孔的抽采半徑進(jìn)行了研究。通過在抽采鉆孔兩側(cè)布置瓦斯流量觀測鉆孔，監(jiān)測觀測鉆孔內(nèi)的瓦斯流量并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，從而得到瓦斯抽采半徑與時間的回歸曲線方程，進(jìn)一步對工作面在不同時間內(nèi)瓦斯抽采半徑進(jìn)行預(yù)測。對比相鄰工作面瓦斯抽采半徑，得出研究結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性，可對后續(xù)工作面瓦斯抽采鉆孔布置方案的設(shè)計提供一定的參考作用。

【關(guān)鍵詞】 瓦斯抽采;抽采半徑;觀測鉆孔;瓦斯流量

【中圖分類號】 TD712+.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）03-0042-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

大多數(shù)礦井開采的煤層中均有著瓦斯的存在，但由于瓦斯含量的差異，其對礦井開采的影響程度也有著一定的區(qū)別。對于高瓦斯礦井，煤層中聚集有大量的瓦斯，伴隨著煤炭的采出，瓦斯也會跟隨著涌出，造成井下工作環(huán)境瓦斯?jié)舛鹊某?，從而引發(fā)瓦斯事故，因此在煤層開采前需要對瓦斯進(jìn)行治理。大多數(shù)礦井在工作面開采前會對煤層中的瓦斯進(jìn)行抽采，但瓦斯鉆孔布置方案的不同對瓦斯抽采效果有著很大的影響。本文以山西某高瓦斯礦井綜采工作面地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，采用理論分析與現(xiàn)場實(shí)測方法對工作面瓦斯抽采鉆孔的抽采半徑進(jìn)行了研究，研究結(jié)果對相似條件礦井瓦斯抽采鉆孔的布置提供一定的參考作用。

1 礦井概況

山西某礦48707工作面開采煤層為8號煤，煤層的厚度平均為6.1m，傾斜角度平均為5°，工作面埋深平均為330m。煤層內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育較多，含有多層夾矸，夾矸巖性主要為泥巖與砂紙泥巖，工作面開采范圍內(nèi)無大型構(gòu)造發(fā)育。8號煤層厚度較為穩(wěn)定，工作面的絕對瓦斯涌出量為25m3/min，相對瓦斯涌出量為7.2m3/t，根據(jù)采區(qū)內(nèi)的其他工作面瓦斯抽采測試，在瓦斯連續(xù)抽采60天的情況下，抽采半徑約為3m。

2 瓦斯抽采測量

2.1 測量原理

瓦斯抽采主要通過在煤層中施工鉆孔，利用瓦斯壓力與鉆孔中的負(fù)壓，將煤層內(nèi)瓦斯抽出。一般在鉆孔的周圍，會形成相應(yīng)的抽采影響圈，圓圈的中心為鉆孔的圓心點(diǎn)，圓圈的半徑即為瓦斯抽采半徑。在瓦斯抽采的初期，由于煤層內(nèi)瓦斯含量較高，瓦斯壓力較大，抽采影響圈的半徑隨著抽采時間的延長而逐漸增大。當(dāng)煤層中瓦斯的壓力減小到無法將瓦斯抽出后，此時表明煤層中瓦斯已抽采完畢。

目前對瓦斯抽采鉆孔半徑的確定方法主要有壓降法、數(shù)值模擬法、氣體追蹤法以及瓦斯流量法等，其中，壓降法在測試過程中容易受到鉆孔封孔情況和水壓等因素的影響，測試結(jié)果與真實(shí)數(shù)值有著一定的差距;數(shù)值模擬法測試速度較快，但由于測試所需模型多根據(jù)理想條件建立，因此與實(shí)際情況誤差較大;氣體追蹤法同樣易受封孔情況影響，測試過程容易失敗。瓦斯流量法主要在抽采鉆孔周圍施工觀測鉆孔，測量鉆孔內(nèi)的瓦斯涌出量，當(dāng)瓦斯涌出量連續(xù)多次出現(xiàn)10%以上的縮減情況時，此時觀測鉆孔與抽采鉆孔的距離就是該抽采時間內(nèi)的瓦斯抽采半徑。

2.2觀測鉆孔布置方案

48707工作面瓦斯抽采鉆孔布置在運(yùn)輸巷中，觀測鉆孔布置在瓦斯抽采鉆孔的兩側(cè)，每一側(cè)各布置3個觀測鉆孔，其中左側(cè)抽采鉆孔的間距為1000mm，靠近抽采鉆孔的觀測鉆孔與抽采鉆孔距離為1500mm;右側(cè)抽采鉆孔的間距為1000mm，靠近抽采鉆孔的觀測鉆孔與抽采鉆孔距離為1000mm。鉆孔布置如圖1所示。

將觀測鉆孔編號為1～6#，鉆孔的深度為50m，直徑為94mm。瓦斯抽采鉆孔的直徑與觀測鉆孔相同，深度為90m。觀測鉆孔與瓦斯抽采鉆孔均垂直于煤壁施工，且處于同一水平高度處。鉆孔施工完畢后，采用聚氨酯材料、水泥材料和塑料管進(jìn)行封孔，其中觀測鉆孔的封孔深度為8m，抽采鉆孔的封孔深度為12m，為提高鉆孔的封孔效果，封孔方法采用分段法，封孔如圖2所示。整個封孔過程中需要以較快的速度完成，鉆孔封孔后開始對鉆孔內(nèi)的瓦斯進(jìn)行采集，采集過程中鉆孔內(nèi)的負(fù)壓保持在13～15kPa范圍內(nèi)。

2.3觀測方法

為了準(zhǔn)確得到工作面煤層的瓦斯含量，在瓦斯開始抽采后，對觀測鉆孔內(nèi)瓦斯流量進(jìn)行監(jiān)測、統(tǒng)計，監(jiān)測時長為60天，監(jiān)測結(jié)束后繪制瓦斯流量的變化曲線，并通過監(jiān)測結(jié)果對瓦斯抽采鉆孔的有效影響半徑進(jìn)行確定，繪制瓦斯抽采鉆孔有效半徑與時間的回歸曲線方程，從而可得到在相應(yīng)時間的瓦斯抽采半徑。

3觀測結(jié)果分析

對觀測鉆孔內(nèi)的瓦斯流量60天內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制瓦斯流量的變化曲線如圖3所示。對各觀測鉆孔內(nèi)的瓦斯流量進(jìn)行分析，可得結(jié)論如下：

（1）1#鉆孔內(nèi)的瓦斯流量在抽采至12天時降為0，相比2#和3#鉆孔，鉆孔內(nèi)的瓦斯流量降低速度和幅度比較大，并且1#鉆孔起始瓦斯流量較低，對其分析可能是鉆孔封孔過程中存在封孔不嚴(yán)情況，因此認(rèn)為該數(shù)據(jù)無效，不對其進(jìn)行參考。

（2）2#鉆孔與瓦斯抽采鉆孔的距離為2.5m，根據(jù)2#鉆孔內(nèi)瓦斯流量的變化情況，在抽采至第49天時鉆孔內(nèi)的瓦斯流量降低幅度與速度較大，并且瓦斯流量處于較低水平，可認(rèn)為此時瓦斯鉆孔的抽采已基本對2#鉆孔無影響，因此，此時的瓦斯抽采半徑為2.5m。

（3）3#鉆孔預(yù)抽采鉆孔的距離為1.5m，在抽采至15天時，鉆孔內(nèi)瓦斯的流量出現(xiàn)大幅降低，表明抽采鉆孔已基本對3#鉆孔無影響，因此，此時的瓦斯抽采半徑為1.5m。

（4）4#鉆孔與抽采鉆孔的距離為1.0m，在抽采至第9天時，鉆孔內(nèi)的瓦斯流量降低速度較快，并且瓦斯流量已處于較低水平，表明抽采鉆孔已基本對4#鉆孔無影響，因此此時的瓦斯抽采半徑為1.0m。

（5）5#鉆孔與6#鉆孔內(nèi)瓦斯流量初始值較低，并且鉆孔內(nèi)瓦斯在很短時間內(nèi)降低至0，對其分析可能是因鉆孔內(nèi)出現(xiàn)垮塌等情況，因此，不將5#與6#鉆孔瓦斯流量監(jiān)測數(shù)據(jù)作為參數(shù)數(shù)據(jù)。

通過上述分析可以得到，瓦斯抽采鉆孔在9天、15天、49天時的抽采半徑分別為1.0m、1.5m和2.5m。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，可得到回歸曲線圖，如圖4所示。從圖中可以得到回歸曲線方程為：

式中，y為瓦斯抽采半徑，m;t為抽采瓦斯的時間，d。

根據(jù)該方程，可以得到在不同抽采時間下的瓦斯抽采半徑，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

結(jié)合上表和回歸方程，對比相鄰工作面瓦斯抽采半徑，在抽采時間為60天時計算所得的抽采半徑為2.76m，與3m相差較小，因此該上述回歸方程較為可靠。由于在生產(chǎn)實(shí)際中工作面瓦斯抽采的時間在90～150天左右，將時間帶入方程中，可以得到工作面的瓦斯抽采半徑在3.05～3.49m范圍內(nèi)。

4結(jié)論

本文以山西某礦48707工作面地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，采用瓦斯流量法對工作面瓦斯抽采鉆孔的抽采半徑進(jìn)行了研究。通過在抽采鉆孔兩側(cè)布置瓦斯流量觀測鉆孔，監(jiān)測觀測鉆孔內(nèi)的瓦斯流量并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，從而得到瓦斯抽采半徑與時間的回歸曲線方程，進(jìn)一步對工作面在不同時間內(nèi)瓦斯抽采半徑進(jìn)行預(yù)測。對比相鄰工作面瓦斯抽采半徑，可得本文研究結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性，可對后續(xù)工作面瓦斯抽采鉆孔布置方案的設(shè)計提供一定的參考作用。

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