崔 魁

（淮北礦業(yè)集團(tuán)，安徽 淮北 233600）

在礦井瓦斯抽采過(guò)程中，鉆孔抽采間距的設(shè)計(jì)與瓦斯抽采效果的好壞有直接關(guān)系。其中，抽采半徑在抽采鉆孔間距設(shè)計(jì)過(guò)程中可以起到指導(dǎo)性作用，鉆孔流場(chǎng)的控制范圍又會(huì)影響鉆孔最佳抽采間距[1-3]。鉆孔抽采間距和抽采半徑都與很多影響因素有關(guān)[4-6]，故合理的鉆孔間距應(yīng)該在測(cè)定抽采有效半徑的基礎(chǔ)上確定，以便科學(xué)確定鉆孔間距，確定抽采期[7-9]。

1 測(cè)試地點(diǎn)概況

測(cè)試地點(diǎn)選在淮北礦區(qū)楊柳礦1061 工作面，機(jī)抽巷位于10 煤底板，距10 煤法距21～30 m，巖性以粉砂巖和細(xì)砂巖為主。巖巷施工過(guò)程中揭露多條斷層，其中3 條正斷層。10 煤層賦存比較穩(wěn)定，平均煤厚3.05 m，傾角在0～5°之間，有突出危險(xiǎn)性，瓦斯參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 部分瓦斯參數(shù)表

2 鉆孔設(shè)計(jì)及施工參數(shù)

在1061 機(jī)抽巷幫巖壁依次施工2～5 號(hào)測(cè)試孔，穿過(guò)煤層全厚且進(jìn)入煤層頂板至少0.5 m，孔底間距分別控制為2 m、4 m、6 m、8 m。待其壓力穩(wěn)定后施工一個(gè)1 號(hào)抽采孔，鉆場(chǎng)斷面鉆孔布置方式如圖1，觀測(cè)孔封孔采用水泥砂漿封孔，抽采孔采用聚氨酯封孔，并記錄封孔開(kāi)始和完成時(shí)間。每天按時(shí)測(cè)定各測(cè)試孔的壓力變化，待壓力穩(wěn)定后，對(duì)預(yù)抽孔聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行預(yù)抽，持續(xù)觀測(cè)2～5 號(hào)孔瓦斯壓力。

圖1 1061 機(jī)抽巷鉆孔布置示意圖（m）

2.1 測(cè)試結(jié)果及分析

鉆孔壓力全部穩(wěn)定后，對(duì)預(yù)抽孔聯(lián)網(wǎng)24 h 實(shí)施不間斷抽放，對(duì)四個(gè)壓力考察孔進(jìn)行了為期5 個(gè)月的瓦斯壓力數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)，得到瓦斯流量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，繪得觀測(cè)孔瓦斯壓力變化曲線圖，如圖2。MPa，開(kāi)始抽放后很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有明顯變化，直至1個(gè)月以后壓力才出現(xiàn)衰減，然后趨于穩(wěn)定，至考察結(jié)束壓力穩(wěn)定在0.55 MPa，降幅35.3%。因此判斷3#考察孔在1#孔的影響半徑內(nèi)，未達(dá)到抽采有效半徑指標(biāo)，故認(rèn)定3#孔不在抽采有效半徑范圍內(nèi)。

圖2 觀測(cè)孔瓦斯壓力變化曲線圖

綜上所述，本次對(duì)楊柳礦10 煤層穿層鉆孔抽采半徑鉆孔測(cè)試結(jié)果如下：4#和5#測(cè)試孔在1#抽采孔的有效抽采半徑范圍內(nèi)；3#孔在1#孔的抽采影響半徑以內(nèi)，不在有效抽采半徑以內(nèi)；2#孔不在抽采影響半徑范圍內(nèi)。因此，抽采120 d 的有效抽采半徑為4 m，抽采影響半徑為6 m。各壓力觀測(cè)孔雖然起始?jí)毫χ蹈鞑煌请S著抽放時(shí)間的延續(xù)，瓦斯壓力衰減趨勢(shì)基本相同，也證明了測(cè)試前采用相對(duì)壓力指標(biāo)作為抽放有效半徑指標(biāo)的正確性。通過(guò)線性回歸得到各曲線的趨勢(shì)線，進(jìn)而確定其壓力變化的幅度，具體數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 觀測(cè)孔壓力變化幅度

由圖2 可知：

（1）2#考察孔由于出現(xiàn)鉆孔涌水現(xiàn)象，大部分時(shí)間未測(cè)得壓力，只在開(kāi)始負(fù)壓抽采后出現(xiàn)壓力小幅攀升趨勢(shì)，最后壓力穩(wěn)定在0.05 MPa?？梢詳喽?#孔不在抽采影響半徑范圍內(nèi)。

（2）4#考察孔在抽采前，瓦斯壓力經(jīng)過(guò)升高然后穩(wěn)定在1.02 MPa，抽采后，壓力開(kāi)始不斷下降，穩(wěn)定一段時(shí)間后繼續(xù)下降穩(wěn)定。由初期穩(wěn)定時(shí)的1.02 MPa 至后期穩(wěn)定時(shí)的0.47 MPa，下降幅度達(dá)53.9%，由此判斷，4#考察孔（2 m）在1#抽采孔的抽采影響半徑內(nèi)，也在1#孔的有效半徑范圍內(nèi)。

（3）5#考察孔與4#孔的衰減趨勢(shì)基本相同，由初期表壓穩(wěn)定時(shí)的1.05 MPa 至最終穩(wěn)定時(shí)的0.51 MPa，下降幅度達(dá)51.4%，達(dá)到抽采影響半徑指標(biāo)規(guī)定的相對(duì)瓦斯壓力在原基礎(chǔ)上下降19%的要求，也達(dá)到了抽采有效半徑指標(biāo)規(guī)定的瓦斯壓力下降51%的要求，故認(rèn)定5#孔（4 m）在1#抽采孔的影響半徑內(nèi)，也在1#孔的有效半徑范圍內(nèi)。

（4）3#考察孔抽放前瓦斯壓力穩(wěn)定在0.85

圖3 為單孔瓦斯抽放參數(shù)變化曲線圖。從中可以看出，抽放前鉆孔混合流量與純流量呈加速上升趨勢(shì)，抽放初期，純流量值達(dá)到最大，之后瓦斯?jié)舛扰c純流量開(kāi)始緩慢下降，而后加速下降；在連續(xù)抽放43 d 后瓦斯抽放濃度低于20%，再次趨于穩(wěn)定后不久開(kāi)始緩慢下降；瓦斯抽放混合流量在抽采負(fù)壓一定時(shí)，流量值逐漸升高而后變化不大。

圖3 單孔瓦斯抽放參數(shù)變化曲線圖

2.2 極限抽采時(shí)間

鉆孔抽采過(guò)程中瓦斯流量的衰減規(guī)律呈負(fù)指數(shù)變化，將單孔瓦斯抽采量的實(shí)測(cè)結(jié)果換算為百米鉆孔抽采量，并采用以下公式進(jìn)行回歸分析[10]：

式中：q0表示百米鉆孔瓦斯初始抽采量，m3/（hm·min）；β表示抽采鉆孔瓦斯涌出衰減系數(shù)；η表示預(yù)抽率，%；ρ表示煤體密度，t/m3。

預(yù)抽率、殘余瓦斯壓力與殘余瓦斯含量的關(guān)系：

式中：η為瓦斯預(yù)抽率，%；Wc為殘余瓦斯含量，m3/t；W為原始瓦斯含量，m3/t；α為煤層瓦斯含量系數(shù)，m3/（t·MPa1/2）；Pc為殘余瓦斯壓力，MPa；P為原始瓦斯壓力，MPa。

隨著時(shí)間的延續(xù)，抽采影響范圍是逐漸擴(kuò)大的，但存在一個(gè)極限，達(dá)到這個(gè)范圍所用的時(shí)間即為極限抽采時(shí)間，計(jì)算公式如式（3）。鉆孔抽采時(shí)間一般不大于極限抽采時(shí)間。

鉆孔見(jiàn)煤長(zhǎng)度為2.7 m，用百米鉆孔瓦斯抽采量表示為：）

最大原始瓦斯壓力P=1.5 MPa 代入公式（1），得出預(yù)抽率η=58.19%，再由公式（3）算得極限抽采時(shí)間為375 d。在試驗(yàn)地點(diǎn)測(cè)得煤體瓦斯含量W=8.7 m3/t，密度ρ=1.33 t/m3，按公式（1）分析預(yù)抽時(shí)間分別為50 d、100 d、150 d、200 d、250 d、300 d 和350 d 時(shí)，有效抽采半徑見(jiàn)表3。

表3 不同抽采時(shí)間下的有效抽采半徑

從圖4 看出，抽采150 d 之前，抽采半徑變化率較大，隨著時(shí)間延長(zhǎng)開(kāi)始減緩，350 d 之后基本不再變化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察結(jié)果，當(dāng)抽采120 d 時(shí)，有效抽采半徑為4 m，這與數(shù)值計(jì)算當(dāng)抽采時(shí)間為150 d、有效抽采半徑為3.96 m 的結(jié)果基本吻合，所以設(shè)計(jì)抽采200 d 時(shí)，抽采半徑為4.32 m，即鉆孔合理布置間距為8.64 m，可取間距8 m 布置鉆孔。

圖4 不同抽采時(shí)間下抽采半徑示意圖

3 結(jié)論

（1）穿層鉆孔的抽采半徑常用測(cè)定方法較多，根據(jù)測(cè)試地點(diǎn)實(shí)際情況，對(duì)測(cè)定方法進(jìn)行優(yōu)化，采用相對(duì)壓力指標(biāo)法測(cè)定抽采半徑。

（2）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，楊柳礦10 煤層抽采半徑：當(dāng)抽采120 d 時(shí)，有效抽采半徑為4 m，數(shù)值計(jì)算當(dāng)抽采時(shí)間為150 d 時(shí)，有效抽采半徑為3.96 m，兩種測(cè)試方法結(jié)果吻合，并求得極限抽采時(shí)間為375 d，得出抽采半徑變化趨勢(shì)為先增大后趨于穩(wěn)定。