煤层群底板穿层钻孔瓦斯抽采半径考察研究_周勇

1 抽采半径考察方法及确定依据
1． 1 抽采半径考察方法 抽采半 径 现 场 考 察 法 是 目 前 运 用 最 广 泛 的 方
法，主要包括瓦斯压力降低法、钻孔瓦斯流量法、瓦 斯含量降低法和气体示踪法［5 － 8］。各种测定方法都 有其优缺点，本次选择钻孔瓦斯流量法 + 瓦斯含量 降低法相结合的测定方法，该方法首先建立在瓦斯 流量统计的基础上，并同时测定煤层瓦斯含量加以 验证，这种方法得出的结果相对较为准确。
Ｒesearch on Gas Drainage Ｒadius of Crossing Boreholes in Floor of Coal Seam Group
ZHOU Yong
（ Safety Supervision Bureau of Shenhua Group Co． ，Ltd． ，Beijing 100011，China）
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防突措施［3］。为了有效消除煤层的突出危险性，在 煤层瓦斯抽采过程中，必须合理布置抽采钻孔，以保 证抽采钻孔达到最佳的抽采效果。而影响抽采钻孔 布置及抽采效果的关键因素是煤层瓦斯抽采半径的 确定。准确地测定煤层瓦斯抽采半径，既可以为钻 孔合理设计提供参考依据，从而提高抽采钻孔利用 率，减少钻孔工程量，节约施工成本，又保证了合理 的预抽时间和抽采效果［4］。因此，确定合理的瓦斯 抽采半径具有十分重要的意义。
首先，向考察煤层施工若干组抽采钻孔，在抽采 钻孔施工的同时，采集煤样，测定煤层的原始瓦斯含 量。然后，对考察区域进行瓦斯抽采，并记录抽采参 数，定期计算抽采量，根据抽采量推算考察区域煤层 残余瓦斯 含 量 降 低 到 临 界 值 以 下 时 钻 孔 的 抽 采 半 径。根据计算得到的抽采半径，采用直接测定法测 定考察区域煤层的残余瓦斯含量，当直接测定的残 余瓦斯含量也降低到临界值以下时，计算得到的抽 采半径 即 为 在 该 抽 采 时 间 内 所 对 应 的 有 效 抽 采 半径。 1． 2 抽采半径及临界值的确定
施工底板穿层钻孔对煤层进行抽采时，煤层在 钻孔抽采过程中，随着时间的延长，抽采范围逐渐增 大。穿层钻孔抽采布置如图 1 所示。
（ a） 剖面图
（ b） 平面图
图 1 穿层钻孔抽采布置示意图
图 1 中钻孔有效抽采半径 Ｒ 为一定时间内在钻
孔抽采影响下煤层残余瓦斯含量降低到临界值的点
到抽采钻 孔 的 距 离。 结 合 穿 层 钻 孔 抽 采 布 置 示 意
2． 2 考察钻孔布置及施工 根据穿层钻孔布置方式的不同，设计在 31# ～
35#钻场布置抽采半径考察钻孔，每个钻场布置3 个， 钻孔方位基本与煤层走向垂直，其中 18#钻孔只穿过 5#煤层，15# 钻孔同时穿过 4#、5# 煤层，4# 钻孔同时穿 过 3#、4#和 5#煤层，考察钻孔布置如图 2 所示。钻孔
场间距 15． 6 m。考察区域 3# 煤层平均厚度 3． 1 m， 与下伏 4# 煤 层 平 均 间 距 21． 2 m； 4# 煤 层 平 均 厚 度 5. 6 m，与下伏 5# 煤层平均间距 5． 95 m； 5# 煤层为复
杂结构的厚煤层，煤层平均厚度 5． 2 m。根据考察区 域附近测定的各煤层原始瓦斯含量数据，3#、4#、5# 煤 层原始瓦斯含量分别为 7． 60、9． 34、8． 52 m3 / t。
Keywords： coal seam group； crossing borehole； gas drainage radius； drilling gas flow method
在煤与瓦斯突出灾害防治中，保护层开采和预 抽煤层瓦斯是最主要的区域防突措施［1］。但是，我 国突出矿井中仅有三分之一的矿井具备保护层开采 条件［2］，且随着矿井开采向深部发展，煤层地应力、 瓦斯压力和瓦斯含量不断增大，部分保护层也转变 为突出煤层，因此，预抽煤层瓦斯成为最主要的区域
第 t 天的钻孔抽采纯流量 （ 标 准 状 况 下） ，m3 / min； h 为煤层厚度，m； W 为煤层原始瓦斯量，m3 / t； W' 为 煤层残余瓦斯含量临界值，m3 / t。
残余瓦斯含量临界值 W'的确定按照《煤矿安全 规程》［9］、《防治煤 与 瓦 斯 突 出 规 定 》［1］，以 及《煤 矿 瓦斯抽采基本指标》［10］等要求综合确定：
神华宁煤集团石炭井焦煤公司二号井为突出矿 井，开采的上组煤为 3#、4#、5# 煤层，其中 4#、5# 煤层
第 43 卷 第 2 期 2016 年 4 月
矿业安全与环保
MINING SAFETY ＆ ENVIＲONMENTAL PＲOTECTION
Vol. 43 No. 2 Apr. 2016
为突出煤层，3 # 煤层按突 出 煤 层 管 理，在 突 出 煤 层 开 采前，主要采取底板穿层钻孔联合抽采区段煤层瓦 斯预抽措施。穿层钻孔布置方式有 3 种： 同时穿过 3#、4#和 5# 煤层的钻孔； 同时穿过 4# 和 5# 煤层的钻 孔； 只穿过 5# 煤层的钻孔。矿井目前钻孔布置无参 考依据，若 钻 孔 间 距 布 置 过 大，则 容 易 形 成 抽 采 盲 区，而间距布置过小，又容易造成人力和资源浪费。 针对以上问题，根据矿井的生产条件，对该矿煤层群 底板穿层钻孔联合预抽煤层瓦斯抽采半径进行了考 察研究，可为矿井抽采钻孔的合理布置提供参考依 据，从而确保矿井抽、掘、采平衡，为实现矿井安全高 效开采奠定基础。
根据上述要 求，结 合 考 察 区 域 煤 层 原 始 瓦 斯 含
量测定情 况，在 确 定 各 煤 层 有 效 抽 采 半 径 时，按 照 “最小”原则，则 3#、4#、5# 煤层的残余瓦斯含量临界 值分别取 5． 52、6． 72、5． 79 m3 / t。
2 现场考察钻孔布置及实施
2． 1 考察地点概况 考察地点选择在上 83 集中巷 31# ～ 35# 钻场，钻
终孔间距沿走向 15． 6 m，沿倾向 17 ～ 20 m，根据抽 采经验，可以避免同一个钻场内的 18#、15# 和 4# 钻孔
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图，单个抽采钻孔的抽采量可以利用下式进行近似
计算：
n
Q = ∑1 440 qt = πＲ2 h（ W － W'）
（ 1）
t =1
则抽采半径为：
n
槡 Ｒ = ( ∑1 440 qt ) / ［πh（ W － W'） ］ （ 2） t =1
式中： Ｒ 为有效抽采半径，m； t 为抽采时间，d； qt 为
收稿日期： 2015 － 06 － 11； 2016 － 01 － 18 修订 作者简介： 周 勇（ 1974—） ，男，陕西商南人，工业工程 硕士，高级工程师，神 华 集 团 有 限 责 任 公 司 安 全 监 察 局 煤 矿 安全处处长，全国 煤 矿 安 全 生 产 管 理 类 专 家，主 要 从 事 煤 矿 安全技术及管理工作。
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周勇． 煤层群底板穿层钻孔瓦斯抽采半径考察研究［J］． 矿业安全与环保，2016，43（ 2） ： 102 － 105． 文章编号： 1008 － 4495（ 2016） 02 － 0102的抽采量可以 进行单独计算。
3 考察结果及分析
3． 1 抽采流量考察结果 根据瓦斯抽采考察数据，各钻场钻孔瓦斯抽采
标准状况下的纯流量变化规律如图 3 所示。
（ a） 平面图
（ a） 18# 钻孔
（ b） 剖面图
Abstract： In order to accurately determine the gas drainage radius of crossing boreholes in the floor of coal seam group，a site inspection method combining the borehole gas flow method with the gas content reduction method was put forward． Based on the gas flow statistical method of crossing boreholes，a calculation formula for the effective gas drainage radius was derived． According to the coal seam gas drainage rate，the residual gas pressure and content in the influence range of gas drainage boreholes as well as the daily output of the working faces，the critical values of the residual gas content which required in the calculation formula were obtained by comprehensive analysis． Then comprehensive analysis was carried out by laying out multiple sets of investigation boreholes，the effective gas drainage radius of No． 3，4 and 5 seams of Shitanjing Coke Corporation was obtained． Through the verification with gas content reduction method，the gas drainage radius of the crossing boreholes in the floor of the coal seam group was finally determined，which provided basis for the layout of crossing holes in the floor of coal seam group．