综采工作面瓦斯抽采钻孔抽采半径研究分析

胡荣

【摘 要】 为合理设计综采工作面瓦斯抽采钻孔的布置方案，本文以山西某矿48707工作面地质条件为基础，采用瓦斯流量法对工作面瓦斯抽采钻孔的抽采半径进行了研究。通过在抽采钻孔两侧布置瓦斯流量观测钻孔，监测观测钻孔内的瓦斯流量并对数据进行了分析，从而得到瓦斯抽采半径与时间的回归曲线方程，进一步对工作面在不同时间内瓦斯抽采半径进行预测。对比相邻工作面瓦斯抽采半径，得出研究结果具有一定的准确性，可对后续工作面瓦斯抽采钻孔布置方案的设计提供一定的参考作用。

【關键词】 瓦斯抽采;抽采半径;观测钻孔;瓦斯流量

【中图分类号】 TD712+.6 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2019）03-0042-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

大多数矿井开采的煤层中均有着瓦斯的存在，但由于瓦斯含量的差异，其对矿井开采的影响程度也有着一定的区别。对于高瓦斯矿井，煤层中聚集有大量的瓦斯，伴随着煤炭的采出，瓦斯也会跟随着涌出，造成井下工作环境瓦斯浓度的超限，从而引发瓦斯事故，因此在煤层开采前需要对瓦斯进行治理。大多数矿井在工作面开采前会对煤层中的瓦斯进行抽采，但瓦斯钻孔布置方案的不同对瓦斯抽采效果有着很大的影响。本文以山西某高瓦斯矿井综采工作面地质条件为基础，采用理论分析与现场实测方法对工作面瓦斯抽采钻孔的抽采半径进行了研究，研究结果对相似条件矿井瓦斯抽采钻孔的布置提供一定的参考作用。

1 矿井概况

山西某矿48707工作面开采煤层为8号煤，煤层的厚度平均为6.1m，倾斜角度平均为5°，工作面埋深平均为330m。煤层内节理裂隙发育较多，含有多层夹矸，夹矸岩性主要为泥岩与砂纸泥岩，工作面开采范围内无大型构造发育。8号煤层厚度较为稳定，工作面的绝对瓦斯涌出量为25m3/min，相对瓦斯涌出量为7.2m3/t，根据采区内的其他工作面瓦斯抽采测试，在瓦斯连续抽采60天的情况下，抽采半径约为3m。

2 瓦斯抽采测量

2.1 测量原理

瓦斯抽采主要通过在煤层中施工钻孔，利用瓦斯压力与钻孔中的负压，将煤层内瓦斯抽出。一般在钻孔的周围，会形成相应的抽采影响圈，圆圈的中心为钻孔的圆心点，圆圈的半径即为瓦斯抽采半径。在瓦斯抽采的初期，由于煤层内瓦斯含量较高，瓦斯压力较大，抽采影响圈的半径随着抽采时间的延长而逐渐增大。当煤层中瓦斯的压力减小到无法将瓦斯抽出后，此时表明煤层中瓦斯已抽采完毕。

目前对瓦斯抽采钻孔半径的确定方法主要有压降法、数值模拟法、气体追踪法以及瓦斯流量法等，其中，压降法在测试过程中容易受到钻孔封孔情况和水压等因素的影响，测试结果与真实数值有着一定的差距;数值模拟法测试速度较快，但由于测试所需模型多根据理想条件建立，因此与实际情况误差较大;气体追踪法同样易受封孔情况影响，测试过程容易失败。瓦斯流量法主要在抽采钻孔周围施工观测钻孔，测量钻孔内的瓦斯涌出量，当瓦斯涌出量连续多次出现10%以上的缩减情况时，此时观测钻孔与抽采钻孔的距离就是该抽采时间内的瓦斯抽采半径。

2.2观测钻孔布置方案

48707工作面瓦斯抽采钻孔布置在运输巷中，观测钻孔布置在瓦斯抽采钻孔的两侧，每一侧各布置3个观测钻孔，其中左侧抽采钻孔的间距为1000mm，靠近抽采钻孔的观测钻孔与抽采钻孔距离为1500mm;右侧抽采钻孔的间距为1000mm，靠近抽采钻孔的观测钻孔与抽采钻孔距离为1000mm。钻孔布置如图1所示。

将观测钻孔编号为1～6#，钻孔的深度为50m，直径为94mm。瓦斯抽采钻孔的直径与观测钻孔相同，深度为90m。观测钻孔与瓦斯抽采钻孔均垂直于煤壁施工，且处于同一水平高度处。钻孔施工完毕后，采用聚氨酯材料、水泥材料和塑料管进行封孔，其中观测钻孔的封孔深度为8m，抽采钻孔的封孔深度为12m，为提高钻孔的封孔效果，封孔方法采用分段法，封孔如图2所示。整个封孔过程中需要以较快的速度完成，钻孔封孔后开始对钻孔内的瓦斯进行采集，采集过程中钻孔内的负压保持在13～15kPa范围内。

2.3观测方法

为了准确得到工作面煤层的瓦斯含量，在瓦斯开始抽采后，对观测钻孔内瓦斯流量进行监测、统计，监测时长为60天，监测结束后绘制瓦斯流量的变化曲线，并通过监测结果对瓦斯抽采钻孔的有效影响半径进行确定，绘制瓦斯抽采钻孔有效半径与时间的回归曲线方程，从而可得到在相应时间的瓦斯抽采半径。

3观测结果分析

对观测钻孔内的瓦斯流量60天内的数据进行分析，绘制瓦斯流量的变化曲线如图3所示。对各观测钻孔内的瓦斯流量进行分析，可得结论如下：

（1）1#钻孔内的瓦斯流量在抽采至12天时降为0，相比2#和3#钻孔，钻孔内的瓦斯流量降低速度和幅度比较大，并且1#钻孔起始瓦斯流量较低，对其分析可能是钻孔封孔过程中存在封孔不严情况，因此认为该数据无效，不对其进行参考。

（2）2#钻孔与瓦斯抽采钻孔的距离为2.5m，根据2#钻孔内瓦斯流量的变化情况，在抽采至第49天时钻孔内的瓦斯流量降低幅度与速度较大，并且瓦斯流量处于较低水平，可认为此时瓦斯钻孔的抽采已基本对2#钻孔无影响，因此，此时的瓦斯抽采半径为2.5m。

（3）3#钻孔预抽采钻孔的距离为1.5m，在抽采至15天时，钻孔内瓦斯的流量出现大幅降低，表明抽采钻孔已基本对3#钻孔无影响，因此，此时的瓦斯抽采半径为1.5m。

（4）4#钻孔与抽采钻孔的距离为1.0m，在抽采至第9天时，钻孔内的瓦斯流量降低速度较快，并且瓦斯流量已处于较低水平，表明抽采钻孔已基本对4#钻孔无影响，因此此时的瓦斯抽采半径为1.0m。

（5）5#钻孔与6#钻孔内瓦斯流量初始值较低，并且钻孔内瓦斯在很短时间内降低至0，对其分析可能是因钻孔内出现垮塌等情况，因此，不将5#与6#钻孔瓦斯流量监测数据作为参数数据。

通过上述分析可以得到，瓦斯抽采钻孔在9天、15天、49天时的抽采半径分别为1.0m、1.5m和2.5m。对这些数据进行回归分析，可得到回归曲线图，如图4所示。从图中可以得到回归曲线方程为：

式中，y為瓦斯抽采半径，m;t为抽采瓦斯的时间，d。

根据该方程，可以得到在不同抽采时间下的瓦斯抽采半径，具体数据如表1所示。

结合上表和回归方程，对比相邻工作面瓦斯抽采半径，在抽采时间为60天时计算所得的抽采半径为2.76m，与3m相差较小，因此该上述回归方程较为可靠。由于在生产实际中工作面瓦斯抽采的时间在90～150天左右，将时间带入方程中，可以得到工作面的瓦斯抽采半径在3.05～3.49m范围内。

4结论

本文以山西某矿48707工作面地质条件为基础，采用瓦斯流量法对工作面瓦斯抽采钻孔的抽采半径进行了研究。通过在抽采钻孔两侧布置瓦斯流量观测钻孔，监测观测钻孔内的瓦斯流量并对数据进行了分析，从而得到瓦斯抽采半径与时间的回归曲线方程，进一步对工作面在不同时间内瓦斯抽采半径进行预测。对比相邻工作面瓦斯抽采半径，可得本文研究结果具有一定的准确性，可对后续工作面瓦斯抽采钻孔布置方案的设计提供一定的参考作用。

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