新安煤矿顺层钻孔抽采半径测定技术研究

张亮

摘 要：抽采半径是抽采方法选择、钻孔布置参数及抽采时间的重要依据，新安煤矿自建井及生产以来，仅在2009年期间由河南理工大学煤矿安全工程技术研究中心测定，其所提供《新安煤矿瓦斯基础参数测试报告》中：抽采时间为30d左右时，抽采有效影响半径取1.5～1.8m。随着新安礦开采范围的不断延伸，为更准确地服务矿井生产，新安矿对东西翼采区煤层瓦斯基础参数进行了大量的测定，并选定在东翼15120下巷顺层钻孔进行抽采半径的测定工作。此次考察是对早期测定参数的验证，对新安矿的瓦斯治理具有重要意义。

关键词：突出矿井;抽采半径;瓦斯压力;瓦斯含量

中图分类号：TD712.6文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）28-0092-02

Abstract： Drainage radius is an important basis for selection of extraction method， parameters of borehole arrangement and extraction time. Since the construction and production of Xin'an Coal Mine， it was only measured by the Research Center of Coal Mine Safety Engineering Technology of Henan University of Science and Technology during 2009. It provided the test report of gas basic parameters in Xin'an Coal Mine： extraction time was 30 days left. At right time， the effective radius of extraction was 1.5 to 1.8m. With the continuous extension of mining area in Xin'an Coal Mine， in order to serve mine production more accurately， Xin'an Coal Mine had made a lot of measurements on the basic parameters of coal seam gas in East and West Wing mining area， and selected the borehole along the lower roadway of 15120 in the east wing to determine the extraction radius. This investigation is to verify the early measurement parameters， and at the same time to Xin'an Coal Mine.Gas control work is of great significance.

Keywords： outburst mine;drainage radius;gas pressure;gas content

1 矿井概况

河南大有能源股份有限公司新安煤矿（以下简称“新安矿”）位于新安县城以北15km。新安矿于1988年建成投产，设计年生产能力150万t。开采煤层为二叠系山西组二1煤，采用斜井双水平上下山开拓，一水平标高+150～+25m，二水平标高+25～-200m，井口标高305m。目前开采一水平，开拓面积8.85km2，分东西两翼进行分区开采，东翼有11、13和15采区，西翼有14和16采区。目前生产水平为一水平[1]。新安煤矿通风方式为中央并列与区域混合式。

2 研究抽采半径的意义

矿井自建井及生产以来，仅在2009年期间由河南理工大学煤矿安全工程技术研究中心测定，其所提供的《新安煤矿瓦斯基础参数测试报告》中提出：抽采30d左右，测定顺层抽采钻孔时，抽采有效影响半径取1.5～1.8m。预抽钻孔布置参数决定了消突效果，而钻孔布孔间距是最重要的参数，抽采半径是抽采方法选择、钻孔布置参数及抽采时间的重要依据。随着新安矿开采范围不断延伸，为更准确地服务于矿井生产，新安矿组织工程技术人员对东西翼采区煤层瓦斯基础参数进行大量测定，并选定在东翼15120下巷顺层钻孔进行抽采半径的测定工作。此次考察是对早期测定参数的验证，对新安矿的瓦斯治理具有重要意义。

3 抽采（影响）半径测试原理

顺层钻孔有效影响半径的测定方法很多，应用较多的有3种：钻孔压力法、钻孔流量法和示踪气体法。根据实际情况，此次测定采用钻孔压力法。《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》预抽煤层瓦斯后，瓦斯抽采率不低于30%，其瓦斯抽采效果判定为达标[2]。

当煤层预抽率为30%，即残余瓦斯含量为原始瓦斯的70%时，通过计算得知此时残余瓦斯压力为原始瓦斯压力值的49%，瓦斯压力下降量了51%。在钻孔的抽采影响圈内，煤体的瓦斯压力会不断降低，将瓦斯压力下降了10%以上的钻孔视为瓦斯抽采影响半径内的钻孔，将瓦斯压力下降了51%以上的钻孔视为瓦斯有效抽半径内的钻孔，因此，确定有效抽采半径的指标为瓦斯压力下降了51%以上。

4 考察方案

考察地点为东翼15120下巷k13前35～60m段厚煤区段（煤厚6m左右）。在巷道上帮向15120采面垂直煤墙施工1组实验孔（4个观测孔和1个抽采孔），孔深均为20m，直径94mm，C4#、C1#、C2#、C3#、C5#间距分别为1、2、2.5m和1m（抽采半径测定钻孔布置示意图略）。

①首先施工C4#、C1#、C3#、C5#观测孔，施工完毕后立即封孔，连接U型压差计，并记录其读数。

②待瓦斯压力稳定后，施工C2#抽采孔，封孔完毕后，接入抽采系统进行抽采，并测定其流量、负压、浓度。

③每天观测记录1次C4#、C1#、C3#、C5#观测孔的U型水柱计读数和C2#抽采孔的流量、负压、浓度。

5 现场试验情况及考察结果分析

2017年11月17日至19日，对试验观测孔进行了施工，之后稳压一个月。压力稳定后，2017年12月20日开始施工试验抽放孔，封孔结束后，20日04：30开始连抽，抽放负压保证在13～15kPa。通过分析试验孔在测压期间及抽采期间读数可以得出以下结论。

①C4#、C1#、C3#、C5#观测孔在5～10d内压力趋于稳定。观察时间一个月，压力范围为1.904～3.808kPa，压力均较小[3]。

②开始抽放5d后，距离抽放孔较近的C1#压力下降超过了10%，其他测试孔压力值无变化，说明抽放5d时抽放影响半径达到了2m以上。

③開始抽放25～30d后，C1#距抽放孔2m压力下降较为明显，下降幅度较大，达到了55%;C3#距抽放孔2.5m压力下降20%～30%。可见，抽放25～30d时，抽放有效半径达到了2m以上，抽放影响半径已经超过2.5m。

④开始抽放50d后，C1#距抽放孔2m压力下降100%。同时，C3#距抽放孔2.5m压力下降55%，说明抽放50d时有效抽放半径达到了2.5m以上。

⑤开始抽放80天后，C4#距抽放孔3m压力下降到达了60%。C5#距抽放孔3.5m压力下降到达了35%。说明此时抽放有效半径到达了3m以上，抽放影响半径达到了3.5m以上。

6 结论

此次考察通过试验直径为94mm的抽放孔，现场对新安矿东翼15120下巷顺层钻孔抽放半径的测定，在抽放时间25～30d时，抽放有效半径达到了2m以上，抽放影响半径达到了2.5m以上;抽放时间为50d左右时，抽放有效半径达到了2.5m以上;抽放时间为80d左右时，抽放有效半径达到了3m以上，抽放影响半径达到了3.5m以上。

参考文献：

[1]王兆丰，周少华，李志强.瓦斯抽采钻孔有效抽采半径的数值计算方法[J].煤炭工程，2011（6）：82-84.

[2]刘三钧，马耕，卢杰，等.基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术[J].煤炭学报，2011（10）：1715-1719.

[3]刘清泉，程远平，王海锋，等.顺层钻孔有效瓦斯抽采半径数值解算方法研究[J].煤矿开采，2012（2）：5-7.