瓦斯抽放半径测定方法在黄白茨煤矿实践与应用论文

瓦斯抽放半径测定方法在黄白茨煤矿的实践与应用【摘要】本文详细地介绍了相对瓦斯压力测定法测定瓦斯抽放半径的工作原理，并利用相对瓦斯压力测定法对黄白茨煤矿1295

综采工作面的瓦斯抽放钻孔的瓦斯抽放半径进行了测定，通过现场测定确定了钻孔的瓦斯抽放半径，为顺层瓦斯抽放钻孔间距的设计提供了合理依据，确保了工作面的安全生产。

【关键词】瓦斯抽放半径；测定；实践与应用

0.前言

煤矿瓦斯抽放是降低矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的重要措施。衡量瓦斯抽放工作优劣的两个主要指标是瓦斯抽放率和瓦斯抽放量[1]。提高抽放瓦斯效果的主要途径：一是在瓦斯抽放时尽可能地设法多抽瓦斯，不断扩大抽放瓦斯的范围；二是在提高煤层透气性上加强研究，不断改进和提高抽放工艺、系统和设备。钻孔间距是影响瓦斯抽放效果的重要因素，钻孔间距过大，在抽放范围内容易形成抽放盲区；钻孔间距过小，容易造成人力和物力的浪费。所以瓦斯抽放钻孔的布置应以钻孔的有效抽放半径为依据，而抽放半径的测定目前还没有一个规范的标准，如何考察测定是当前瓦斯抽放设计中急需解决的主要问题。本论文主要是通过运用相对瓦斯压力测定法来测定瓦斯抽放半径收到了较好

的效果。

1.问题的提出

神华集团乌海能源有限责任公司黄白茨煤矿位于乌达矿区中

部，隶属内蒙古自治区乌海市管辖，矿井核定生产能力为200万t/a；该矿通风方式为中央分列式，主扇的工作方式为抽出式。矿井由主井、副井、行人斜井三个井筒进风，10#、11#两个风井分别承担12层盘区和9层盘区排风。黄白茨煤矿的矿井绝对瓦斯涌出量为

44.45m3/min，根据2011年新出版的《煤矿安全规程》第一百三十三条规定[2]：“矿井的相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min 时就是高瓦斯矿井”可以判定黄白茨煤矿为高瓦斯矿井，因此必须在矿井通风合理的基础上加强矿井的瓦斯综合抽放才能确保矿井的安全生产。该矿为了提高瓦斯抽放效率在12#煤层的1295综采工作面实施顺层瓦斯抽放钻孔预抽煤层瓦斯。在进行预抽煤层瓦斯时钻孔的瓦斯抽放半径如何确定始终是困扰

瓦斯抽放设计的一个技术难题，为此该矿积极研究和探索新方法、新工艺，最后运用相对瓦斯压力测定法来测定瓦斯抽放半径收到了较好的效果。

2.相对瓦斯压力测定法测定瓦斯抽放半径的工作原理及其具体应用

2.1相对瓦斯压力测定法的工作原理

图1 测试钻孔布置图

相对瓦斯压力测定法的理论依据《煤矿安全规程》明确规定：预抽煤层瓦斯后，必须对预抽瓦斯防治突出效果进行检验，其检验的指标之一是煤层瓦斯预抽率大于30%，即抽放后的瓦斯含量小于抽放前的70%以上。在保证工业应用误差允许前提下，瓦斯压力p

和瓦斯含量x存在着一个抛物线关系。

首先提出用抛物线方程来近似取代煤层瓦斯含量曲线，即：

因此，抽放前后瓦斯含量降低的比例和瓦斯压力降低的比例也是存在抛物线关系的。如果煤层预抽率为30%，即残余瓦斯含量为原始瓦斯的70%，通过计算知此时残余瓦斯压力为原始瓦斯压力值的49%，瓦斯压力下降量为51%。相对压力指标法测定钻孔的有效半径就是依据这个原理来进行的。首先在煤层打一排测压孔，如图1所示，在每个测压孔装上压力表，记录每个测压孔的原始压力p1、p2、p3……pn；然后进行抽放。观察各个测压孔瓦斯变化情况，将瓦斯压力下降到稳定压力10%以上的钻孔视为抽放影响范围内钻孔，将距抽放钻孔最远的一个抽放影响范围内钻孔到抽放钻孔的距离视为抽放影响半径。定期观察每个测压孔的瓦斯压力p′1、p′2、p′3……p′n。根据每个测压孔的原始压力和抽放后的压力，可以得到每个测压孔的预抽率。如果a（a=1、2、3……n）号孔以及a 号孔之前的每个测压孔的瓦斯压力下降量都大于或等于51%，而a 号孔之后的测压孔都小于51%，那么d=d1+d2+d3+……+da-1，这里的d就是钻孔的有效抽放半径。因此，确定钻孔瓦斯抽放影响半径的指标为瓦斯压力下降10%以上，确定抽放有效半径的指标为瓦斯压力下降51%以上[3]。

2.2相对瓦斯压力指标法测定瓦斯抽放半径的方法和具体步骤

2.2.1相对瓦斯压力指标法所需材料和物资

（1）钻机一台，ф75mm钻杆25m，ф94mm三翼合金钻头3个。

（2）测定瓦斯压力的压力表8个，u型压差计3个，乳胶管适量。

（3）封孔使用的ф50mm钢管36m（每个孔封孔长度为6m）。

（4）封孔用的马丽散800kg。

（5）高浓度瓦斯检定器2台。

（6）煤气表2个，连接抽放孔用的橡胶软管和接头适量，变径挡板2个。

（7）计时用表1块，记录本1个。

2.2.2相对瓦斯压力指标法的操作步骤

（1）在1295综采工作面回风顺槽巷道比较平直、无杂物、距离瓦斯抽放管的三通位置较近的地方开始施工1个瓦斯抽放钻孔煤壁选定位置，然后以间距为1m的标准自抽放孔向外依次施工5个观测孔；钻孔的施工参数如表1所示，钻孔布置图如图2所示。

表1 钻孔施工参数表

图2 钻孔布置示意图

（2）每打好一个孔必须立即进行封孔，封孔后在每个孔的封孔管的外口及时安装1个压力表，待瓦斯压力稳定后及时观测孔内的原始瓦斯压力，并且做好瓦斯压力观测记录。

（3）当所有钻孔的原始瓦斯压力测定完毕后，将抽放孔用橡胶软管和接头与1295回风顺槽的瓦斯抽放管相连接，开始进行抽放试验。

（4）瓦斯抽放钻孔开始带抽后，每天安排专人对5个观测孔内

的瓦斯压力进行测定，并做好详细的观测记录。

（5）试验钻孔的观测时间为20～50d，观察各个测压孔瓦斯变化情况，将瓦斯压力下降到稳定压力10%以上的钻孔视为抽放影响范围内钻孔，将距抽放钻孔最远的一个抽放影响范围内钻孔到抽放钻孔的距离视为抽放影响半径。定期观察每个测压孔的瓦斯压力p′1、p′2、p′3……p′5。根据每个测压孔的原始压力和抽放后的压力，可以得到每个测压孔的预抽率。如果a（a=1、2、3、4、5）号孔以及a号孔之前的每个测压孔的瓦斯压力下降量都大于或等于51%，而a号孔之后的测压孔都小于51%，那么d=d1+d2+d3+……

+da-1，这里的d就是钻孔的有效抽放半径。因此，确定钻孔瓦斯抽放影响半径的指标为瓦斯压力下降10%以上，确定抽放有效半径的指标为瓦斯压力下降51%以上。

2.3瓦斯抽放半径数值的确定

在最初测定观测孔原始瓦斯压力时发现1#～5#观测孔的原始瓦斯压力极其不稳定，尤其是1#观测孔最初测定的瓦斯压力达到

400pa左右，但随后在抽放孔没有抽放的情况下又迅速降到负值。经过现场分析和研究决定将瓦斯抽放孔甩掉，将1#观测孔改为瓦斯抽放孔，将2#～5#孔改为1#～4#观测孔，来观测在抽放的情况下其瓦斯压力的变化情况。改孔后当瓦斯抽放钻孔的瓦斯抽放负压达到17kpa时观测1#～4#观测孔的数据如表2所示。首先我们通过观测发现1#、2#、3#、4#观测孔的原始瓦斯压力分别为500pa、60pa、60pa、0.1mpa，根据相对瓦斯压力测定法的原理确定抽放有效半径