祥升煤矿6号煤层瓦斯抽采半径现场实测分析.pdf

2020年第5期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-12-05 作者简介 魁永成 （1987-） ， 男 （汉族） ， 青海民和人， 助理工程师， 现从事安全管理技术工作。 祥升煤矿6号煤层瓦斯抽采半径现场实测分析 魁永成* （山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司，山西 寿阳 045400） 摘要 为了测定煤层瓦斯抽采半径， 为瓦斯抽采设计及制定煤层防突措施提供指导， 以祥升煤矿6 号煤层为研究背景， 在井下布置了5个瓦斯压力测试钻孔， 通过现场实测得到60d的瓦斯压力变化数 据， 并由此分析得到祥升煤矿6号煤层瓦斯有效抽采半径。通过现场实测表明 抽采30d的有效抽采 半径为3.34m， 抽采60d的有效抽采半径为4.80m。 关键词 瓦斯； 抽采半径； 钻孔； 实测分析 中图分类号 P618 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202005-0108-03 矿井瓦斯灾害一直以来对煤矿安全生产和经济效 益造成严重的威胁和影响。开展瓦斯抽采是解决高瓦 斯煤层瓦斯问题的基本措施， 对煤层抽采半径进行测 定是推进瓦斯抽采工作的基础[1]， 确保工作面在有限的 时间内达到预期抽采效果的科学依据。现场实测、 数 值模拟等方法是广大科研、 专业技术人员的惯用方法， 众多专家学者也已结合不同的地质条件， 采用多种方 法对煤层瓦斯抽采半径进行了大量的研究， 均取得了 一定的研究成果并有效指导了现场实践。但对于高瓦 斯矿井， 为了更好地制定瓦斯抽采设计及防突措施， 必 须对其煤层瓦斯抽采半径进行分析。 1工程概况 祥升煤矿为兼并重组资源整合矿井， 6号和8号两 个煤层联合布置， 公用大巷， 同时开采。6号煤层位于 山西组下部， 平均煤厚1.77m， 倾角为1 8， 平均埋深 200m； 顶板为细砂岩， 底板为粉砂岩。根据矿井地质 资料显示， 矿井地质构造发育， 井田范围内发育有10条 大钻层和24个陷落柱。根据矿井煤层瓦斯涌出量检测 分析， 祥升煤矿为高瓦斯矿井， 6号煤层最大相对瓦斯 涌出量为 37.25m3/t， 最大绝对瓦斯涌出量 70.54m3/ min； 该煤层属于不易自燃， 煤尘具有爆炸危险性。 6201工作面为矿井6号煤层首采工作面， 上部为3号煤 层采空区， 工作面倾向长度为 159m， 回采长度为 610m。 2瓦斯抽采半径实测分析 2.1原理及方法 煤层瓦斯抽采半径是制定瓦斯抽采方案和防突措 施的依据， 但是由于祥升煤业为资源整合矿井， 前期经 历小煤窑开采， 受其开采影响井， 以及煤层起伏、 褶曲 构造等地质条件影响， 导致煤层应力环境更为复杂。 从而使得煤层瓦斯压力起伏变化很大， 采用绝对瓦斯 压力指标和绝对瓦斯含量指标法则难以准确确定瓦斯 抽放半径， 需选取切实可行的测量方法。由于抽采钻 孔作业时， 其周边的测压孔压力值总会相应地降低， 决 定采用相对压力指标法[2]测定瓦斯压力半径。即在瓦 斯抽采钻孔瓦斯压力稳定后， 对附近瓦斯压力观测孔 瓦斯压力变化情况进行观测统计分析， 并绘制瓦斯压 力变化和抽采半径和抽采时间关系曲线； 以瓦斯压力 下降 10以上确定抽采半径指标， 以瓦斯压力下降 51以上确定为抽采有效半径的指标[3-4]。 2.2实测方案 （1） 瓦斯压力测试钻孔布置。为了测试6号煤层瓦 斯抽采压力， 设计在6号煤层首采工作面轨道顺槽内布 置1组现场实测钻孔， 工位6个钻孔， 1个作为瓦斯抽采 钻孔进行瓦斯首采， 另外5个钻孔作为瓦斯压力观测钻 孔， 观测抽采钻孔抽采过程中周围煤体瓦斯压力情 况。瓦斯压力观测钻孔编号及位置为1、 3、 5号瓦斯压 力观测钻孔和2、 4号瓦斯压力观测钻孔分别位于瓦斯 抽采钻孔两侧， 压力观测钻孔与抽采钻孔之间的间距 和位置如图1所示。两类钻孔孔径均为75mm， 孔深均 为25m。钻孔施工时应加强对施工管理， 严格按照钻 孔设计孔深、 方位角和垂直倾角施工， 保证瓦斯压力观 108 2020年第5期西部探矿工程 测钻孔和瓦斯抽采钻孔之间的间距满足设计要求。 在钻孔施工时需先施工瓦斯压力观测钻孔， 再施工瓦 斯抽采钻孔， 其需在观测钻孔瓦斯压力稳定后进行施 工[5]。 （2） 钻孔封堵。为了准确测得煤层瓦斯压力， 必须 保证瓦斯抽放钻孔和瓦斯压力观测钻孔的封孔质量。 针对瓦斯抽采钻孔和压力观测钻孔， 采用不同的封孔 工艺 ①在瓦斯压力观测孔内插入直径为8mm的高压 尼龙管， 采用两堵一注封孔工艺对孔口20m进行封孔， 封孔采用的注浆管为6分无缝钢管， 返浆管为PPR管， 直径为10.8mm， 封孔材料发泡水泥； ②在瓦斯抽放钻 孔插入直径为60mm的双抗管， 采用聚氨酯封堵抽采 管路和钻孔壁的缝隙， 长度为12m。 2.3数据采集及结果分析 根据上述瓦斯钻孔施工顺序及封孔工艺进行钻孔 施工并封孔， 之后对瓦斯压力观测钻孔封口并注入高 压气体使瓦斯压力平衡， 之后进行压力持续观测， 等到 瓦斯压力达到稳定值后， 再施工瓦斯抽采钻孔， 并连接 到瓦斯抽放系统， 进行瓦斯抽采。测量并记录5个瓦斯 压力观测钻孔施工完成后 60d 内 （自抽采钻孔施工 51d） 的压力变化情况， 如表1所示， 根据观测到的瓦斯 压力变化数据， 绘制瓦斯压力变化曲线， 如图2所示。 抽采时间 （d） 1 3 5 7 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1考察孔 （MPa） 0.21 0.19 0.16 0.13 0.08 0.04 0.03 0 0 0 0 0 0 0 0 2考察孔 （MPa） 0.31 0.31 0.27 0.24 0.21 0.16 0.13 0.11 0.08 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.02 3考察孔 （MPa） 0.27 0.27 0.27 0.27 0.24 0.2 0.18 0.17 0.15 0.13 0.1 0.08 0.06 0.06 0.06 4考察孔 （MPa） 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.31 0.32 0.26 0.2 0.15 0.12 0.09 0.09 0.09 0.09 5考察孔 （MPa） 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.27 0.24 0.22 0.19 0.17 0.15 0.15 0.14 表1钻孔瓦斯压力记录 图1钻孔布置示意图 瓦斯压力和含量之间的关系按照瓦斯含量减少 30， 对于瓦斯压力减少51计算， 对上述观测到的瓦 斯压力数据进行处理， 可以得到抽采半径与抽采时间 之间的关系， 如表2所示。将表2中抽采时间和瓦斯压 力观测孔间距的数据进行数学拟合分析， 拟合结果为 y 2.1052lnx－3.8143。由此可得， 6号煤层瓦斯抽采 半径。通过分析可知， 在进行30d的抽采后， 有效抽采 半径可达到3.34m； 在进行60d的抽采后， 有效抽采半 径可达到4.8m。抽采半径和抽采时间的关系曲线如图 3所示。 109 2020年第5期西部探矿工程 3结论 煤层瓦斯抽放半径是矿井进行瓦斯抽采设计和制 定防突措施的重要依据， 现场实测是进行煤层瓦斯抽 放半径测试的重要方法， 也是最符合井下工程实际的 瓦斯抽放半径测试方法。本文通过井下施工钻孔， 采 用相对瓦斯压力指标对煤层瓦斯压力进行现场实测， 通过为期60d的瓦斯抽放测试， 得到了祥升煤矿6号煤 层压力抽放半径。在进行30d的抽采后， 有效抽采半径 可达到3.34m； 在进行60d的抽采后， 有效抽采半径可 达到4.8m为矿井6号煤层瓦斯治理提供了重要依据。 参考文献 [1]曹新奇,辛海会,徐立华,等.瓦斯抽放钻孔有效抽放半径的测 定[J].煤炭工程,2009988-90. [2]李朋宇.顺层钻孔抽放半径测定技术研究与应用[J].中州煤 炭,2011614-16. [3]周杨洲,王磊.相对压力指标法测定穿层钻孔抽采半径实践 [J].陕西煤炭,201119-11. [4]王伟斌.瓦斯流量法在测定煤层瓦斯抽放影响半径中的应 用[J].中州煤炭,2012312-13,70. [5]常鸿,周连春,王雪芹,等.相对瓦斯压力测定法在五虎山煤矿 的应用[J].水力采煤与管道运输,2012341-44. 测试孔 测试孔1 测试孔2 测试孔3 测试孔4 测试孔5 原始压力 （MPa） 0.21 0.31 0.27 0.32 0.29 抽采至有效半径时瓦斯压力 （MPa） 0.10 0.15 0.13 0.15 0.142 抽采至有效半径时抽采 时间 （d） 9 17 35 35 57 考察孔间距 （m） 1 2 3 4 5 表2抽采半径与抽采时间的关系 图2瓦斯压力变化曲线图3抽采半径与抽采时间的关系 􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕 （上接第107页） 参考文献 [1]董连慧,李卫东,张良臣,等.新疆大地构造单元划分及其特征 [C]//第6届新疆天山地质矿产资源学术会议讨论会论文集， 乌鲁木齐新疆青少年出版社,200827-32. [2]新疆维吾尔自治区地质矿产局.新疆维吾尔自治区岩石地 层[M].武汉中国地质大学出版社,19991-430. [3]董连慧,刘德权,等.新疆矿产地质志[D].新疆地矿局,2016. [4]何国琦,成守德,徐新,等.中国新疆及邻区大地构造图1 ∶ 2500000说明书[M].北京地质出版社,20041-61. [5]陈毓川.中国主要成矿区带矿产资源远景评价[M].北京地质 出版社, 1999. [6]李华芹,陈富文， 等.中国新疆区域成矿作用年代学[M].北京 地质出版社, 2004. [7]汤中立,钱壮志,任秉琛.中国古生代成矿作用[M].北京地质 出版社,20051-337. [8]李华芹, 陈富文,梅玉萍， 等.新疆坡北基性超基性岩带I号 岩体Sm-Nd和SHRIMP U-Pb同位素年龄及其地质意义[J]. 矿床地质,2006,254463-469. [9]李华芹， 梅玉萍， 屈文俊， 等.新疆坡北基性超基性岩带10 号岩体SHRIMP U-Pb和矿石Re-Os同位素定年及其意义 [J].矿床地质,2009,285633-642. 110