郭四龍

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

瓦斯預(yù)抽可以降低煤體瓦斯含量和壓力，同時(shí)起到卸壓作用，增加煤體裂隙發(fā)育，有利于瓦斯解析，擴(kuò)大抽放半徑。順層鉆孔預(yù)抽由于抽放效果好，施工相對簡單，被廣泛應(yīng)用。

1 工程概況

伯方煤礦3207 工作面回采3#煤層，南部與3207 工作面相鄰，東側(cè)與二盤區(qū)運(yùn)輸、軌道和回風(fēng)巷相接，走向長度為1254 m，傾斜長度165 m。工作面布置如圖1 所示。3#煤層地質(zhì)條件簡單，煤層平均厚度5.8m，傾角6～12°，原始瓦斯壓力0.18～0.39 MPa，工作面瓦斯含量5.87～7.87 m3/t，瓦斯最大涌出量為7.87 m3/min，煤體堅(jiān)固性系數(shù)0.5，透氣性系數(shù)0.06 m2/（MPa2·d）。煤層偽頂為泥巖，直接頂為砂質(zhì)泥巖，基本頂為中-細(xì)粒砂巖。本煤層抽放鉆孔直徑為113 mm，孔深100～120 m，利用聚氨酯、水泥、沙封孔，封孔長度不小于12 m，標(biāo)準(zhǔn)抽放負(fù)壓10 kPa，預(yù)抽期大于3 個(gè)月。

圖1 3307 工作面布置圖

2 順層瓦斯抽放鉆孔施工參數(shù)

2.1 順層鉆孔施工間距

（1）多鉆孔預(yù)抽效果分析

在瓦斯實(shí)際治理過程中，瓦斯往往是在一定的時(shí)間和一定的空間內(nèi)進(jìn)行抽放，因此，造成相鄰兩個(gè)鉆孔之間會存在一定抽放疊加情況。為探究瓦斯預(yù)抽疊加效果，分析多鉆孔預(yù)抽下的煤層瓦斯含量變化規(guī)律，見圖2。

從圖2 可以看出，在長達(dá)6 個(gè)月瓦斯預(yù)抽下，在相鄰鉆孔等距處，煤層瓦斯殘余含量為3.3 m3/t，比單孔抽放的殘余瓦斯含量低12%。說明順層鉆孔在多孔抽放情況下，由于瓦斯抽放的疊加作用，在距鉆孔不同的位置，瓦斯抽放效果要好于單孔瓦斯預(yù)抽。因此，當(dāng)采用多孔瓦斯預(yù)抽時(shí)，瓦斯抽放鉆孔距離可適當(dāng)大于有效瓦斯預(yù)抽半徑的2 倍。

圖2 多鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯殘余含量曲線圖

（2）瓦斯抽放半徑與鉆孔施工間距之間的關(guān)系

通過大量研究和試驗(yàn)，計(jì)算得出瓦斯抽放半徑與鉆孔施工間距之間的關(guān)系：

（3）試驗(yàn)驗(yàn)證

本次設(shè)計(jì)1 組抽放鉆孔來測量多鉆孔抽放下煤層殘余瓦斯壓力的變化情況，驗(yàn)證瓦斯抽放半徑與鉆孔施工間距之間的關(guān)系。鉆孔施工參數(shù)見圖3。

圖3 鉆孔施工參數(shù)

利用瓦斯抽放鉆孔對煤層進(jìn)行90d 瓦斯抽放，觀測煤層殘余瓦斯壓力的變化情況。2#和3#孔殘余瓦斯壓力變化如圖4。

從圖4 可知：隨著瓦斯抽放時(shí)間的延長，煤層瓦斯壓力逐漸下降。抽放60 d 時(shí)，煤層瓦斯壓力降至0.1 MPa，降幅超過50%；抽放90 d 時(shí)，煤層瓦斯壓力降到0.08 MPa，下降幅度65%。因此，通過式（1）得出設(shè)計(jì)抽放鉆孔間距3.3 m 時(shí)，通過90 d瓦斯抽放，抽放率可以達(dá)到30%。

圖4 2#、3#鉆孔殘余瓦斯壓力

2.2 瓦斯預(yù)抽鉆孔極限抽放時(shí)間

當(dāng)煤層開始瓦斯預(yù)抽時(shí)，會導(dǎo)致煤層中瓦斯含量不均勻，形成瓦斯壓力梯度，且瓦斯壓力梯度會隨著抽放時(shí)間的延長向煤體的縱深發(fā)育。當(dāng)瓦斯壓力梯度下降到瓦斯無法克服摩擦力流動(dòng)時(shí)，時(shí)間稱為鉆孔極限抽放時(shí)間。其計(jì)算公式為：

采用瓦斯流量衰減系數(shù)測定法，計(jì)算衰減系數(shù)。瓦斯抽放鉆孔抽放量數(shù)據(jù)見表1。

表1 瓦斯抽放鉆孔抽放量

通過表1 計(jì)算工作面瓦斯流量衰減系數(shù)，其平均值為0.031/d，通過式（3）計(jì)算極限抽放時(shí)間為95d。

3 瓦斯抽放效果分析

為研究順層鉆孔的抽放效果，在工作面回風(fēng)巷900～1300 m 范圍內(nèi)布置瓦斯抽放鉆孔，孔深110 m，孔距3 m，封孔長度12 m，預(yù)抽期3 個(gè)月，抽放負(fù)壓16 kPa。

3.1 順層鉆孔瓦斯抽放效果檢驗(yàn)

為了對順層鉆孔瓦斯抽放效果進(jìn)行有效檢驗(yàn)，每隔40 m 設(shè)置2 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別記錄了鉆孔抽放前后的原始瓦斯含量和殘余瓦斯含量，并計(jì)算預(yù)抽率，見表2。

表2 預(yù)抽后瓦斯參數(shù)表

從表2 可以看出，通過瓦斯抽放后，工作面瓦斯含量由5.87～7.87 m3/t 降至3.17～4.56 m3/t，瓦斯含量顯著下降，瓦斯預(yù)抽率達(dá)到40%以上，抽放效果較好。

3.2 順層鉆孔瓦斯抽放效果分析

瓦斯抽放濃度與抽放量關(guān)系圖見圖5。從圖5可以看出：剛開始進(jìn)行瓦斯抽放時(shí)，抽放量和抽放濃度均呈現(xiàn)出上升趨勢，但隨著時(shí)間的延長，鉆孔抽放濃度和抽放純量先后達(dá)到極大值。其中抽放濃度最大為83%，抽放純量最大為0.38 m3/min。隨著抽放的繼續(xù)，抽放量和抽放濃度不斷減小，并最終逐漸穩(wěn)定。瓦斯抽放濃度平均值為34%，瓦斯抽放量平均值為0.25 m3/min。

圖5 瓦斯抽放濃度與抽放量關(guān)系圖

4 結(jié)論