本煤层瓦斯抽放钻孔优化布置
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１ Ａ （ － ｔ
加 。因此 ， 在本煤 层 瓦斯 抽放 参数设 计 时 ， 需要科 学
合理地 布置 钻孔 间距 ， 以兼 顾 矿 井预 抽 煤 层 瓦斯 的 安全 和经 济效益 。
Ｈ
）
（） ７
３ 瓦斯 抽 放 钻 孔 优 化 布 置 方 案
某煤 矿 １８ ０ １工 作 面地 质 构 造 复 杂 、 瓦斯 含 量 大， 经有关 部 门鉴 定 属 于煤 与 瓦斯 突 出煤 层 。随 着
ｏ ｒ ｉ ｇ ｆｃ ｎ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｗｉｈ “ ｒ ｅ Ｚｏ ｅ ” ｔ ｏ ｙ，ｃ ｕ ｄ ｉ ｒ ｖ ｒｌ ｎ ｘｒ ｃｉ ｎ ｒ ｔｏ ｅｆ ｃ ｆｔ ｗｏ ｋ ｎ ａ ｅ ｉ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔ Ｔｈ ｅ ｎ ｓ ｈｅ ｒ ｈｅ ｏ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｄ ｉｌ ｇ ｅ ｔａ ｔ ａｉ ｆｅ — ｉ ｏ
Ｑ 。＝
ｌ（） ， ｑ ｆｄ
（） ４
抽采效 果并 不 明显 ； 提高 抽 放 管 负压 来增 加 瓦斯 抽 采量效 果 也 不 理 想 Ｊ虽 然 钻 孔 瓦 斯 抽 采 量 Ｑ 与 ， （ ｏ Ｐ ） 正 比， 是 与煤 层 原 始 瓦 斯 压 力 相 比， ｅ — 成 但
抽放 钻孔 内瓦斯 压 力 要 小很 多 ； 加 钻 孑 抽 放 半 径 增 Ｌ
限 ｊ 。若 钻孔 布置 间距 超 出抽采 极 限半 径 两倍 时 将 出现抽 采 “ 白区 ” 即 ： 论 如 何 延 长 煤 层 预 抽 空 ， 无 期 ， 层 中抽放钻 孔 之 间 的部 分 游离 瓦 斯 总无 法 抽 煤 出 ； 钻孔 间距布 置过 于密集 ， 若 钻孔 在煤层 预抽期 容 易 出现 串孔 ， 而且 抽 采 工艺 的施 工成 本 也 会显 著 增
从 式 （ ） 以看 出 ， 论 上 增 大 煤 层 透 气 性 系 １可 理
３ ９
总第 ５ １期 ２
现代 矿 业
２１ ０ ２年 ９月第 ９期
数 Ａ可 以提 高 瓦斯抽 采 量 ， 是 通过 此途 径来 提 高 但
瓦斯抽 放率 的技术 措 施 并不 成 熟 ， 践 中钻 孔 瓦 斯 实
量 与瓦斯 压力平 方差 、 气 性 系 数 、 层 厚 度 、 孑 透 煤 钻 Ｌ 半径 及 瓦斯抽 采半 径有如 下关 系式 ：
ｎ 一
ｂ
经验估 计 ， 瓦斯抽 放设计 参数 缺乏 理论 依据 ， 常造 经
成 抽采 率低 或钻 孔 施工 量 大 等 问题 ¨ 。 因此 ， 了 为
Ｊ ｆ ： ｑ （ —
’
（） ６
根据 《 煤矿 安全规 程 》 相关 规 定 ， 实 际煤 层 瓦 在 斯抽 放 参 数 设 计 时 ， 求 煤 层 瓦 斯 预 抽 率 应 达 到 要 ３％ 以上 。 因此 ， 以规程 中瓦斯 抽采率 为指标 ， ０ 若 抽
放钻 孔 间距 的理论方 程式 为 ：
定 ， 流 量 基 本 上 与 煤 层 透气 性 系 数 Ａ 成正 比 ， 其 与
单 一煤层 或无 保护 层 可 采 的 突 出危 险 煤层 ， 了保 为 证 回采 工作安 全高 效 地 进行 ， 井都 需 要 实 施 煤 层 矿 采 前预抽 、 采边 抽 等 瓦 斯 防治 措 施 。提 高 瓦 斯 抽 边 放 率 的前 提 是科 学 合 理 地 布 置 钻 孔 参 数 及 抽 放 工
Ｇ ｐＧ ａｊ Ｚ ａｇＷ ｅｃ ｕ ｎ ａ ｕ ｎｉ ｎ ｈ ｎ ｎ ｈ ａ ｇ
（ ｏ １Ｍｉｅｏ ｉｇｉｇｈｎＴａ ｎＣ ａ ＭｉｉｇＣ ｍ ａ ｙＬｄ ） Ｎ ． ｎ ｆ ｎｄｎ ｓａ ｉ Ａ ｏｌ ｎ ｏ ｐ ｎ ｔ． Ｐ ｎ ｎ
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开 采延 深瓦斯 问题 更 为 突 出 ， 重 影 响该 工 作 面 的 严
２ 瓦斯抽采钻 孔优化布置
２ １ 钻 孔 瓦斯流 量衰减 规律 ．
由煤 层 瓦斯 流 动理 论 知 ， 在煤 层 未受 采 动影 响 条件下 ， 其抽 放钻 孑 瓦斯 的流动为非 稳态 流 ， 孔 内 Ｌ 钻
安 全生 产 。有 效地 布 置钻 孔 瓦 斯抽 放 工 艺 ， 高 该 提 煤 层钻 孔瓦斯 抽采 率 ， 已经 成 为该 矿 井 安全 生 产 亟 待 解决 的 问题 。
的“ 三带 ” 论布 置迎 向钻孔 ， 理 能够 有 效地提 高钻 孔抽 采 率 。 实践 应 用表 明 ， 钻 孔布 置 方 案在 抽 该
放参 数设 计 中具有 重要 的 实用价值 。
关键 词 瓦斯抽 放 钻孔 间距 预 抽期 迎 向钻 孔
Ｏｐｔｍｉｅ ｙ ｕｔｏ ｓＤｒ ｉ ｇ ｌ ｎ ｉ ｎ ｃ ａ ｄ ｉ ｚ ｄ Ｌａ ｏ ｆ Ｇａ ａ ｎａ ｅ Ｈｏ ｅ ｉ Ｍ ｎｉ ｇ－ ｏ ｌＢｅ
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１ 钻孔瓦斯抽放效 果的影响因素分析
由于 煤 层本 身介 质性 质 的变 化 不 均 ， 以及 受 到
高贯金 （９ ３ ） 男 ， １８ 一 ， 助理工程师 ，６ ０ １河南省平顶 山市 。 ４７１
度 ， Ａ为 煤 层 透气 性 系数 ， （ ａ ｍ； ｍ ／ ＭＰ ・ｄ ； 。 ） Ｐ 为 煤 层原 始瓦斯 压 力 ， Ｐ ； 为抽 放 钻 孔 压 力 ， ａ Ｍ ａＰ ＭＰ ； Ｐ 为一个 标准 大气压 ； 瓦斯抽 放半 径 ， ｒ Ｒ为 ｍ；为钻 孔 半径 ， Ｃ为常 数 ， ｍ； Ｃ＝１６４×１ ～。 ．３ ０
也可 以提 高瓦斯抽 采 效 果 ， 瓦斯 抽 采 量 的提 高 也 但
是非 常有 限 的。
式中， Ｐ为煤 的密度 ， ｍ ； 为抽 放 钻 孔 间距 ， Ｗ ｔ Ｈ ／ ｍ； 为煤 层原 始瓦 斯含量 ， ｔ ｍ ／。 依据 钻孔 瓦 斯 抽 采 率 的物 理 意 义 可 知 ， 过 ｔ 经
摘
要
为解 决某煤矿 １８ ０ １工作 面 回采过程 中瓦斯 浓 度频繁 超 限的难题 ， 需对该 工作 面 瓦斯
抽放 钻孔优 化 布置 。通过 对钻 孔抽放 瓦斯 效果影 响 因素 的分析 ， 用钻孔布 置 间距 的理论 方程 ， 利 将
回采 区按 照不 同预抽 期 划分为 若干相 应钻 孔 间距 的 区域 ， 以便 充分利 用施 工钻孔 ； 据 工作 面前 方 根
ｔ ｅｙ．Ｉ ｒ ｖ ｓｔ ｔｔ ｓ ｄ ｌｉ ｇ ｌｙ ｕｔｐ ａ ｓｋ ｙ ｐ ａ ｔ ａ ａｕ ｎ ｄ ａ ｎ ｇ ｒ ｍｅ ｅ ｓｄ ｓｇ ｉ ｌ ｖ ｔｐ ｏ ｅ ｈａ ｈｉ ｒ ｌｎ ａ ｏ ｌ ｎ ｈａ ｅ ｒ ｃｉ ｌｖ ｌ ｅ ｉ ｒ ｉ ａ ｅ ｐａａ ｔ ｒ ｅ ｉ ｎ． ｉ ｃ Ｋｅ ｗｏ ｄｓ Ｇａ ａｎａ ｅ，Ｓ ａ ｅ ｂ ｔ ｅ ｒｌｓ ｙ ｒ ｓｄｒ ｉ ｇ ｐ ｃ ｅｗｅ ｎ ｄ ｌ ，Ｐｒ — ｒ ｉ ｉ ｇ ｔ ｉ ｅ ｄ ａ ｎ ｎ ｉ ｍｅ，Ｆ ｃ ｏ ｅ ａ ｅ ｈ ｌ
式 中 ， 为 经 ｔ日单孔 抽 采 的瓦 斯 总 量 ， 。 ｔ 瓦 Ｑ ｍ ；为 斯抽 采 时间 ， ； 为抽放 钻孔长 度 ， ｄｆ ｍ。 由瓦斯 抽采 量 预测 理 论 可知 ， 孔抽 采 影 响 范 单 围内煤层 的瓦斯 储量 Ｑ 可 表示为 ：
Ｑ ＝ｐ ＨＷ ， Ｍｌ （） ５
Ｓ ｒａ ｅ ｉｌＮｏ． ５２１
Ｓ ｐｔｍｂ ｒ ２ ２ ｅ ｅ ｅ ． ０１
现
代
矿
业
总 第 ５１ ２ 期 ２ １ 年 ９月第 ９期 ０２
Ｍ ０ＲＤＥＮ Ｉ ＮＧ Ｍ ＮＩ
本 煤 层 瓦斯 抽放 钻 孔优 化 布置
高贯金 张文 闯
（ 平顶 山 天安 煤 业股 份 有 限公 司一 矿 ）
为 科学合 理设 计 １８ ０ １工 作 面 的钻 孔 瓦 斯 抽 采
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瓦斯 流量 的衰减规 律 随时 间呈负指 数变 化 Ｊ即 ，
ｑｔ （ ）＝ｑｅ ， ｏ （） ２
式 中 ，（） ｑ ｔ 为百 米 钻孔 ｔ日排 放 瓦斯 流 量 ， （ ｉ ｍ ／ ｍｎ
・
参 数 ， 该工作 面 回风 巷 垂 直煤 壁 方 向施 工 ３个 间 在
二
…
切实解 决采 区抽 、 、 采 掘衔 接 的 难题 ， 需要 通 过 理 论 研 究及 实 践 验 证来 合 理 布 置 抽 放 钻 孔 参 数 及 其 工
艺。
Ｐｌ ｎ旦 三
ｒ
’
式 中， 为 抽 放 钻 孔 瓦 斯 流 量 ， ｄ Ｍ 为 煤 层 厚 Ｑ ｍ／ ；
随着我 国煤矿 采掘深 度逐 年延 深及 开采 强度 的
不 断加 大 ， 矿 瓦斯 事 故 的形 势 也 愈 加严 峻 。针对 煤
矿井 围岩条 件 的影 响 ， 瓦斯 在 抽 放 钻孔 中 的流 动 以
稳定 和非 稳定径 流存 在 。钻孔抽 采 瓦斯初 始为径 向 不稳定 流 动 ， 当钻孔 瓦 斯 流 动 时 间较 长 时将 趋 于稳
实际 应用表 明 ， 煤层 瓦斯抽采 ， 本 科学 合理 的钻 孔 间距对 瓦斯抽 采率 和抽采 成本起 关键作 用 。钻孑 Ｌ
布置 间距 与瓦斯 有 效抽 采 半径 密 切 相关 ， 而有 效 抽
日 后煤层瓦斯抽采率 可可表示为 ：
叼 Ｑ
采半 径随 煤层预 抽 期 的延 长 而逐 渐 增 大 ， 当抽 放 钻 孔预抽 时 间 至 某 一 临界 值 时有 效 抽 采 半 径 达 到 极
艺， 但从 国内矿井 的抽放 设计 方案来 看 ， 多数 矿井 实 施顺层 或穿 层钻孔 等抽 放 工 艺 ， 孔 间距 大 多 依 据 钻
煤层 原始 瓦斯 压力 和 钻孔 压 力 的平方 差 成 正 比 ， 与 钻孔 半径 的 １３～１５次方成 正 比 Ｊ ／ ／ 。。根据 抽放 钻
孔 瓦斯 流动特性 ： 瓦斯 流 动 趋 于稳 流 时 径 向流 动 流
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３ 瓦斯 抽 放 钻 孔 优 化 布 置 方 案
某煤 矿 １８ ０ １工 作 面地 质 构 造 复 杂 、 瓦斯 含 量 大， 经有关 部 门鉴 定 属 于煤 与 瓦斯 突 出煤 层 。随 着
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抽放 钻孔 内瓦斯 压 力 要 小很 多 ； 加 钻 孑 抽 放 半 径 增 Ｌ
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从 式 （ ） 以看 出 ， 论 上 增 大 煤 层 透 气 性 系 １可 理
３ ９
总第 ５ １期 ２
现代 矿 业
２１ ０ ２年 ９月第 ９期
数 Ａ可 以提 高 瓦斯抽 采 量 ， 是 通过 此途 径来 提 高 但
瓦斯抽 放率 的技术 措 施 并不 成 熟 ， 践 中钻 孔 瓦 斯 实
量 与瓦斯 压力平 方差 、 气 性 系 数 、 层 厚 度 、 孑 透 煤 钻 Ｌ 半径 及 瓦斯抽 采半 径有如 下关 系式 ：
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定 ， 流 量 基 本 上 与 煤 层 透气 性 系 数 Ａ 成正 比 ， 其 与
单 一煤层 或无 保护 层 可 采 的 突 出危 险 煤层 ， 了保 为 证 回采 工作安 全高 效 地 进行 ， 井都 需 要 实 施 煤 层 矿 采 前预抽 、 采边 抽 等 瓦 斯 防治 措 施 。提 高 瓦 斯 抽 边 放 率 的前 提 是科 学 合 理 地 布 置 钻 孔 参 数 及 抽 放 工
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由煤 层 瓦斯 流 动理 论 知 ， 在煤 层 未受 采 动影 响 条件下 ， 其抽 放钻 孑 瓦斯 的流动为非 稳态 流 ， 孔 内 Ｌ 钻
安 全生 产 。有 效地 布 置钻 孔 瓦 斯抽 放 工 艺 ， 高 该 提 煤 层钻 孔瓦斯 抽采 率 ， 已经 成 为该 矿 井 安全 生 产 亟 待 解决 的 问题 。
的“ 三带 ” 论布 置迎 向钻孔 ， 理 能够 有 效地提 高钻 孔抽 采 率 。 实践 应 用表 明 ， 钻 孔布 置 方 案在 抽 该
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关键 词 瓦斯抽 放 钻孔 间距 预 抽期 迎 向钻 孔
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高贯金 （９ ３ ） 男 ， １８ 一 ， 助理工程师 ，６ ０ １河南省平顶 山市 。 ４７１
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也可 以提 高瓦斯抽 采 效 果 ， 瓦斯 抽 采 量 的提 高 也 但
是非 常有 限 的。
式中， Ｐ为煤 的密度 ， ｍ ； 为抽 放 钻 孔 间距 ， Ｗ ｔ Ｈ ／ ｍ； 为煤 层原 始瓦 斯含量 ， ｔ ｍ ／。 依据 钻孔 瓦 斯 抽 采 率 的物 理 意 义 可 知 ， 过 ｔ 经
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为解 决某煤矿 １８ ０ １工作 面 回采过程 中瓦斯 浓 度频繁 超 限的难题 ， 需对该 工作 面 瓦斯
抽放 钻孔优 化 布置 。通过 对钻 孔抽放 瓦斯 效果影 响 因素 的分析 ， 用钻孔布 置 间距 的理论 方程 ， 利 将
回采 区按 照不 同预抽 期 划分为 若干相 应钻 孔 间距 的 区域 ， 以便 充分利 用施 工钻孔 ； 据 工作 面前 方 根
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式 中 ， 为 经 ｔ日单孔 抽 采 的瓦 斯 总 量 ， 。 ｔ 瓦 Ｑ ｍ ；为 斯抽 采 时间 ， ； 为抽放 钻孔长 度 ， ｄｆ ｍ。 由瓦斯 抽采 量 预测 理 论 可知 ， 孔抽 采 影 响 范 单 围内煤层 的瓦斯 储量 Ｑ 可 表示为 ：
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本 煤 层 瓦斯 抽放 钻 孔优 化 布置
高贯金 张文 闯
（ 平顶 山 天安 煤 业股 份 有 限公 司一 矿 ）
为 科学合 理设 计 １８ ０ １工 作 面 的钻 孔 瓦 斯 抽 采
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瓦斯 流量 的衰减规 律 随时 间呈负指 数变 化 Ｊ即 ，
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矿井 围岩条 件 的影 响 ， 瓦斯 在 抽 放 钻孔 中 的流 动 以
稳定 和非 稳定径 流存 在 。钻孔抽 采 瓦斯初 始为径 向 不稳定 流 动 ， 当钻孔 瓦 斯 流 动 时 间较 长 时将 趋 于稳
实际 应用表 明 ， 煤层 瓦斯抽采 ， 本 科学 合理 的钻 孔 间距对 瓦斯抽 采率 和抽采 成本起 关键作 用 。钻孑 Ｌ
布置 间距 与瓦斯 有 效抽 采 半径 密 切 相关 ， 而有 效 抽
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采半 径随 煤层预 抽 期 的延 长 而逐 渐 增 大 ， 当抽 放 钻 孔预抽 时 间 至 某 一 临界 值 时有 效 抽 采 半 径 达 到 极
艺， 但从 国内矿井 的抽放 设计 方案来 看 ， 多数 矿井 实 施顺层 或穿 层钻孔 等抽 放 工 艺 ， 孔 间距 大 多 依 据 钻
煤层 原始 瓦斯 压力 和 钻孔 压 力 的平方 差 成 正 比 ， 与 钻孔 半径 的 １３～１５次方成 正 比 Ｊ ／ ／ 。。根据 抽放 钻
孔 瓦斯 流动特性 ： 瓦斯 流 动 趋 于稳 流 时 径 向流 动 流
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