瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法研究

宋常有

摘要：瓦斯抽采可以進一步帮助高瓦斯工作面维持相对稳定、安全的生产状态，为了进一步减少高瓦斯工作面前方的瓦斯含量，应该合理控制采空区内进入工作面的瓦斯量，避免产生瓦斯超标现象。通过抽采影响半径与抽采时间关系方程，根据不同煤矿实际情况选择合理的抽采时间进而确定抽采半径，能够为矿井瓦斯治理工作提供重要的价值信息。基于此，本文主要探讨了瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法。

关键词：瓦斯抽采钻孔;抽采半径;测定方法

引言

煤矿开采过程中，由于应力的减少，使得煤层中赋存的瓦斯被释放到矿井中的作业区域，同时随着生产的进行，瓦斯的含量不断提高，如果矿井中的通风效果不佳，则瓦斯容易发生积聚，进而导致瓦斯爆炸事故。通过有效测定瓦斯抽采钻孔抽采半径，进行瓦斯综合抽采技术治理方案的科学制定，进行多种瓦斯抽采技术的科学融合，从而保证矿井瓦斯治理效果的最大化，

1矿井瓦斯灾害分析

1.1瓦斯窒息

在掘进过程中，煤体中的瓦斯大量涌出时，会急剧降低空气中O2的体积分数。这种情况会引发工人窒息。发生瓦斯窒息的主要原因是煤层中的某些高瓦斯含量区域内的瓦斯积聚释放。由于掘进头内空间狭小，很难通过局部通风机将掘进头内的瓦斯排出。随着时间的推移，瓦斯在局部区域的体积分数会越来越高，导致工作人员窒息。

1.2煤与瓦斯突出

煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全的一类严重灾害，其表现为大量的煤粉伴随瓦斯喷出到巷道中。目前，对于突出的机理，学者已进行了大量研究，但尚未形成一个统一的认识。在发生煤与瓦斯突出后，空气中的瓦斯体积分数和粉尘浓度在很短的时间内急剧上升，不仅增加了窒息的风险，还增加了瓦斯爆炸的风险。由于通风的作用，高体积分数瓦斯会随着风流在巷道内转移，扩大了容易发生瓦斯爆炸的范围。瓦斯突出已成为保证煤矿安全工作需重点关注的内容之一。

1.3瓦斯爆炸

瓦斯爆炸是煤矿开采中非常严重的灾害。爆炸会对煤矿产生毁灭性打击，主要是爆炸中产生的高温高压气体会对井下的设备和设施产生破坏作用。爆炸过程中还会产生大量的有毒气体，对工人的生命安全构成极大的威胁。发生瓦斯爆炸的主要原因是巷道中风流中的瓦斯体积分数超过了安全值。随着煤矿安全技术的改善，发生瓦斯爆炸的主要原因是瓦斯在局部产生了积聚，例如巷道内设备较多处、上隅角处等[1]。

2瓦斯抽采影响半径测试原理

2.1流量方式测验抽放干预

排放孔洞的自然瓦斯流动数量与抽采时间之间的联系为反比，在排放孔洞周围建设抽采孔洞，并且抽放时间的增加，抽放孔洞的干预范畴同样会逐步的扩大，若是干预范畴变大到排放孔洞周边，因为瓦斯逐渐减少，排放孔洞内部瓦斯流量则不会依照之前的负指数曲线轨迹变化，因此能够借助排放孔洞的流量表情况判定抽放范围。

2.2压力指标方式测验

抽放钻孔周边固定间距建设平行测压孔洞，测量矿层内部瓦斯压力。若是发现孔洞内部压力平稳后，针对抽放钻孔同时进行抽采，施工期间观察测压压力状况，并且瓦斯抽放时间的增加，抽放干预范畴同样随之增加，在干预范畴中测压孔洞年内部瓦斯压力逐渐减小。因此，依据瓦斯压力变动状况能够判定抽采干预范畴，若是发现瓦斯压力偏高，具体施工期间则需要适当的降低瓦斯压力，然后再判定干预范畴[2]。

3瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法研究

第一，建立了综合考虑煤层变形、瓦斯渗流扩散及瓦斯吸附解吸的钻孔瓦斯抽采固-气耦合理论模型，数值分析了抽采时间、钻孔孔径、孔口抽采负压和煤层初始渗透率对钻孔有效抽采半经的影响。

第二，钻孔有效抽采半径与抽采时间、钻孔孔径和煤层初始渗透率之间的关系均符合幂指数函数关系;抽采时间越长、钻孔孔径越大、煤层初始渗透率越大，钻孔有效抽采半经越大。

第三，煤层初始渗透率对钻孔有效抽采半径影响很大，抽采时间和孔径对其影响较大，抽采负压对其的影响基本可以忽略不计，现场可以通过实施增透措施、延长抽采时间、增大孔径以提高瓦斯抽采效果。

第四，对不同的矿井可调整相关物理参数，针对不同尺寸的钻孔、孔口负压重新进行模拟，根据模拟结果选取合适的钻孔孔距[3]。

4矿井瓦斯综合治理总结

4.1科学防治措施

为实现科学防治瓦斯，煤矿企业紧紧围绕区域瓦斯治理的重点和难点，强力推进科技创新，努力打破制约区域瓦斯治理的瓶颈，促进了瓦斯区域治理工程的顺利实施。为提高瓦斯抽采效果，煤矿企业借鉴国内外封孔技术优点，研制出了加压封孔技术，使单孔抽采浓度达到90%以上。同时，煤矿企业还研究推广使用了适应煤田的瓦斯综合抽采技术，形成了立体交叉综合抽采体系，研究并强制推广应用密钻孔网格式抽采措施，大幅度提高了煤层透气性，年抽采量由原来的1500万立方米提高到目前的1亿立方米以上，彻底消除了工作面回采期间瓦斯突出的危险，变虎口拔牙为瓮中捉鳖，为提高单产单进水平创造了条件。

4.2做好矿井局部通风

煤矿巷道的掘进头属于独头巷道，通常采用局部通风机进行通风，即巷道的进风口和出风口位于同一位置。若采用的通风方式不善，则很容易发生瓦斯的局部积聚，会出现排出的瓦斯又被重新压入到掘进头内的现象，这样导致掘进头内的瓦斯体积分数越来越高[，在遇到明火时很容易发生瓦斯爆炸。为此，需要做好矿井局部通风，具体应做好以下2点：第一，合理地放置局部通风机。掘进头与回风巷道的位置较远时，可考虑采用多台局部通风机来加快掘进巷道内的空气流动。第二，选择合适的局部通风方式。在局部通风时可采用的局部通风方式有压入式和抽出式2种，需根据局部巷道的实际情况选择合适的通风方式。

4.3完善瓦斯利用

伴随着瓦斯抽采量日益提高，煤矿企业逐渐加大了瓦斯利用的力度，实现了从势不两立到化敌为友的转变，让昔日的“隐形杀手”造福千家万户。我国煤矿企业原先只有少量的高浓度瓦斯得到利用，大部分低浓度瓦斯被直接排放到大气中。为提高瓦斯利用量，煤矿企业相继建设低浓度瓦斯发电站，瓦斯利用率和年发电量得到了大幅度提升，既保护了环境，又增加了收入。煤矿企业还通过实施井下抽采系统联网改造、分源抽采、增透技术、提高封孔质量、合理布置钻孔等综合措施，使瓦斯抽采浓度显著提高，瓦斯抽采和利用量大幅增加，形成了以利用促抽采、以抽采保安全的良性循环，瓦斯利用量连续提高。

结束语

随着科技的不断发展，煤矿企业的安全保障能力得到大幅提升。伴随回采速度的加快，对瓦斯管控要求更高，瓦斯治理任务愈加繁重。抽采钻孔间距选择的合理性是能否高质量提高煤矿瓦斯抽采率的重要前提之一，预抽钻孔间距选择过大，不能有效降低预抽煤层瓦斯含量，在部分区域形成抽采空白区，不利于矿井的安全生产;预抽钻孔间距过小，会严重浪费人力、物力资源，因此，对煤层有效抽采半径的准确测定是十分必要的。

参考文献：

[1]李鹏.钻孔瓦斯动态抽采流量法测定抽放半径技术研究[J].内蒙古煤炭经济，2019（12）：4-5，72.

[2]韩颖，朱林剑，张飞燕.顺层钻孔瓦斯抽采有效半径确定方法研究进展及展望[J].河南理工大学学报（自然科学版），2016，35（2）：156-161.

[3]司鹄，郭涛，李晓红.钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟[J].重庆大学学报，2011，34（11）：105-110.