瓦斯排放钻孔有效排放半径的考察

5 瓦斯排放钻孔有效排放半径的考察

目前，煤巷掘进工作面防治煤与瓦斯突出措施有：大直径钻孔、超前钻孔、松动爆破、前探支架、水力冲孔等措施。其中以超前钻孔防突措施工艺最简单，对工人无特殊技术要求，工人易于接受，且无需专用设备，成本低。因此，这种防突措施在现场得到了广泛采用。十三矿严格执行“四位一体”防突措施，采用φ89 mm的超前排放钻孔，超前钻孔有效排放半径待确定。

5.1 现行测定瓦斯排放钻孔有效排放半径方法

目前，超前瓦斯排放钻孔有效排放半径的常用测定方法有：①瓦斯压力降低法；②钻孔瓦斯流量法；③钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标法。

5.1.1 钻孔瓦斯压力降低法和流量法

钻孔瓦斯压力法和测量钻孔瓦斯涌出量法钻孔布置见图5-1。其测定步骤如下：

（1）沿工作面软分层打3~5个相互平行的测量孔，孔径42 mm，孔长5~7 m，间距0. 3~0. 5 m；

（2）对各测量孔进行封孔，封孔长度不得小于2 m；

（3）钻孔密封后，立即测量钻孔瓦斯压力或瓦斯涌出量；

（4）在距最近的测量孔边缘0. 5m处，打一平行于测量孔的排放瓦斯钻孔，观察排放钻孔到达测压或测涌出量位置后，煤体中瓦斯压力的变化，或各测量孔中的瓦斯涌出量变化，以确定排放钻孔的有效排放半径。

图5-1 压力降低法和流量法测定有效排放半径的钻孔布置图

由上述测定步骤知，钻孔瓦斯压力法和测量钻孔瓦斯涌出量法工程量大，工艺复杂繁琐，存在下列缺点：

（1）在软分层中打3~5个孔径为42 mm的测量孔，在打钻过程中，软分层中的瓦斯就会得到一定的排放（测量孔也有排放作用），破坏了煤层原始条件。再在测量孔旁边0. 5 m处打排放孔，实际上是在测量孔排放瓦斯后，测定排放孔的有效排放半径，由此测出的结果与实际情况偏差较大。

（2）在软分层中封孔困难，采用胶囊封孔器封孔，因胶囊长度短，钻孔周围卸压圈的裂缝和裂隙会漏出一部分瓦斯，因而测出的瓦斯涌出量不准。测定瓦斯压力对封孔要求更高，在煤层中（特别是在软分层中）测定瓦斯压力非常困难。

（3）测定时所需设备和人员多，3~5个测量孔都需同时测量观察，整个测定过程时间较长，费工费时，测定费用高。

5.1.2 钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标法

在没有执行过防突措施的有突出危险的采掘工作面，在软分层中先打一个预测孔，测量每米钻孔的钻屑量和钻屑瓦斯解吸特征K1值。钻孔长8~10m，孔径42mm。预测结束后，在此孔内扩孔，将其扩至待考察排放孔的直径。打完排放孔后，让其排放一段时间，一般为2h（根据钻孔有效排放时间为2h），使排放孔周围瓦斯得到排放。到达时间后，在该孔附近的软分层中打一个与排放孔成一定角度的测试孔，测量其每米钻孔的钻屑量与钻屑瓦斯解吸特征K1值。将同一深度的两个钻孔（预测孔与测试孔）测到的数据及两点之间的间距进行分析，得出有效排放半径。其钻孔布置图如图5-2。

图5-2 钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标法的钻孔布置图

1-预测孔；2-测试孔；3-排放瓦斯孔

5.2 现场测定

由于十三矿13031机巷煤体暴露时间较长，钻孔瓦斯涌出初速度几乎测不出来，钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标法简便易行，准确可靠，易于现场测定，故只能采用此法测定排放钻孔的有效排放半径。其测定过程如下：

（1）在13031机巷650m处煤层中先打一个考察孔（1#孔），测量每米的钻屑量S与钻屑瓦斯解吸指标K1，钻孔深10 .5m，钻孔直径为42 mm。

（2）测试结束后，将钻孔扩大到排放钻孔的设计直径89mm进行扩孔排放。

（3）按施工要求，确定排放时间1.5h。当到达时间后，在该钻孔附近的软分层中打一与此孔成7º的测试孔（2#孔），孔口间距0.3m，测定其每米的钻屑量S 与钻屑瓦斯解吸指标K1。

（4）将2个钻孔同一深度范围内所测到的数据和两点的间距进行分析，当其小于临界指标值时，相应两点的最大间距确定为排放钻孔的有效排放半径。

钻孔布置参数设如下：

（1）钻孔参数。超前钻孔：深10.5 m，直径89mm；测试钻孔：深10.5 m，直径42 mm。

（2）钻孔布置参数。在设计钻孔孔口之间的距离为0.3m，钻孔夹角为7º。

（3）测试指标。根据《防治煤与瓦斯突出细则》规定，采用每米钻孔的钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标考察排放钻孔的有效排放半径。

5.3 数据分析

有效排放半径的判断准则为：将2 个钻孔同一深度处所测定的指标进行比较，如果自某一深度处开始向钻孔深处，2#孔各点所测定的指标均小于1#孔同一深度的指标时，该深度对应的钻孔之间的距离就称为超前钻孔有效排放半径。

根据2008年8月4日在平煤十三矿13031机巷650m处测定的数据建立表格如

表5-1。

表5-1 φ89mm排放钻孔有效排放半径测定表

2008年8月4日在十三矿13031机巷650m处采用每米钻孔的钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标考察了排放钻孔的有效排放半径。根据8月4日的测定结果，钻屑瓦斯解吸指标很小，而且数据不成规律，几乎测不出来，没有实验考察性。故只采用每米钻孔的钻屑量来进行测试。

在确定排放钻孔的有效排放半径时，主要根据每米钻孔的钻屑量的变化趋势来确定。每米钻孔的钻屑量随钻孔间距的变化如图5-3所示。

图5-3 钻屑量随钻孔间距的变化

根据测试结果，经过数据表格和图形的分析，当钻孔深度在8 m（钻孔间距0.982 m）以前，与φ89mm排放孔排放前相比2#钻孔的钻屑量小于1#钻孔的钻屑量，在钻孔深度达到8m时2#钻孔的钻屑量比1#钻孔的钻屑量绝对下降0.1，相对下降4.2%。说明超前钻孔有效排放半径范围为0.859m~0.982m，在此范围内的钻孔钻屑量有明显的降低。

综上所述，测试地点在13031机巷650m处，煤暴露时间较长，受到了一定的

外界影响，为了安全起见，十三矿采用φ89mm的超前钻孔作为防突措施，其有效排放半径可取0.9m作为设计与布置的依据。