樊睇 李谦
(昆明煤炭科学研究所 昆明 650041)
摘要：瓦斯一直是煤矿安全的重大隐患，对煤矿瓦斯进行综合治理尤为重要。要做好瓦斯抽采工作，瓦斯抽采半径的确定是一项重要基础性工作，抽采半径的合理与否，直接影响抽采效果，影响到煤矿的安全生产。做好抽采半径的测定工作，对高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井的瓦斯防治工作，减少煤矿瓦斯危害有重要意义。通过对恩洪矿区多个煤矿进行瓦斯抽半径研究测试，总结得出的更适于该矿区的压降法测定抽采半径，采用分组布置钻孔测试方案，采取相对压力降指标进行判定的方法更适合该矿区的煤层抽采半径测试。
关键词：抽采半径；压降法；分组钻孔测试法；相对压力降指标
我们团队通过对恩洪矿区多个煤矿进行瓦斯抽采有效半径测试研究，初步掌握了该矿区测定抽采半径的关键技术并积累一些宝贵的经验，可以将此测试研究方法的成果推向其它煤矿。
1 测试方法选定
目前的实际应用中，国内外采用最多的测试方法有压降法、示踪气体法和数值模拟的方法确定不同矿区的瓦斯抽采半径。
压降法是最常用的抽采半径测试方法，通过多次测试研究比对，压降法测试抽采半径更直观，测试结果与实际抽采应用比对更贴合实际。
压降法是在具备测试的地点按一定的要求布置一系列钻孔（包括一个抽采孔及若干个测试孔），分别将各个测试孔进行良好的密封并安装压力表，测试各个钻孔的煤层瓦斯压力，当压力稳定后，抽采孔进行抽采，并继续观察记录预抽孔周围各个测试孔的压力值并汇总成表格，根据各个测试孔的压力变化趋势绘制压力变化曲线图。当一个测试孔读取的压力值连续3次都比抽采前下降10％以上，则说明该测试孔处于预抽孔影响区域内，把距离抽采孔最远距离的那个被影响到的测试孔作为预抽孔的抽采影响范围，此距离即抽采影响半径。
2 测试钻孔布置方法改进
传统压降法测试钻孔布置一般在选定的测试巷道岩壁向测试煤层施工一个抽采钻孔，在抽采钻孔两侧同一水平以相同的角度、不同的间距（最大间距应大于预估抽采影响半径）施工测试钻孔（如图1所示），通过多个煤矿实际施工，研究团队发现，恩洪矿区地质构造较发育，煤层赋存条件较差，该方案对测试巷道选择要求高，整组钻孔成孔率低，一个钻孔施工与方案设计不符，往往导致整组钻孔都需要重新施工。
通过研究，我们团队改进了钻孔布置方案，采用分组布置钻孔测试的方法进行测试，经过测试比对，该方法更可靠，成功率更高。分组布置钻孔测试的方法即在选定的测试巷道岩壁同一水平高度，每隔一定距离(大于2倍预估抽采影响半径)布置一组钻孔，每组钻孔都由两个测压钻孔与一个抽采钻孔构成，其中抽采钻孔位于两个测压钻孔中间，每组抽采孔与测压孔的间距不等（如图2所示）。
图1 单组布置钻孔测试方案钻孔布置示意图
图2 分组布置钻孔测试方案钻孔布置示意图
3 抽采有效半径测试结果的确定
1）按抽采率指标确认瓦斯抽采有效半径
煤层瓦斯抽采有效半径确定主要依据《煤矿瓦斯抽采规范》（AQ 1027-2006）规定以煤层瓦斯抽采率达到30%作为煤层有效抽采半径的确定指标。当测试矿井为煤与瓦斯突出矿井时，煤层瓦斯抽采率达到30%，还需满足煤层瓦斯压力测定值低于0.74MPa，煤层瓦斯含量测定值低于8m³/t作为评判指标。
瓦斯抽采率采用预抽前后煤层瓦斯含量进行计算，在测试研究过程不具备直接测定煤层瓦斯含量的条件，应用瓦斯压力和瓦斯含量关系式（朗格缪尔公式），通过朗格缪尔公式计算出本次测试的原始煤层瓦斯压力对应的煤层瓦斯含量，以抽放率30%作为判定指标，计算出对应钻孔所测试区域抽采率达到30%后的残余瓦斯含量，再通过朗格缪尔公式计算出各测试区域抽采率达到30%后的煤层残余瓦斯含量对应的煤层残余瓦斯压力值对照测压孔瓦斯压力变化情况进行判定。
应用朗格缪尔公式进行计算煤层瓦斯含量，计算公式如下：
式中，X——煤层瓦斯含量，m3/t；
a，b——吸附常数，%；
p——煤层绝对瓦斯压力，MPa；
Mad——水分，%；
Ad——灰分，%；
F——孔隙率，%；
ARD——视密度，t/m3。
2）按相对压力降指标确认瓦斯抽采有效半径
由于以抽采率作为评判指标不够直观，我们团队通过对大量文献和相关标准规范进行研究，得出了以相对压力降作为指标的评判标准。根据以抽采率为检验指标“煤层瓦斯预抽率大于30%”的基础，在工程误差允许范围内，瓦斯压力P和瓦斯含量W存在抛物线关系（见《采矿设计手册》）。
煤层瓦斯压力和瓦斯含量抛物线方程如下：
W=
式中：
W—煤层瓦斯含量，m3/t;
α—煤层瓦斯含量系数，m3/(t.MPa1/2);
P—煤层瓦压力，MPa。
据此式推断，煤层瓦斯预抽率达到时30%时，计算所得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%。因此，以相对压力下降量为51%作为有效抽采半径的确定依据。通过多组测试数据与瓦斯抽采率测试结果比对，发现两者误差均在5%以内。因此，以压力降作为评判指标，更直观易行。
4 结论
通过改进传统的钻孔布置方式，用压降法测定瓦斯抽采影响半径取得了较好的效果，能大幅提高单组钻孔施工成功率，更适应于地质条件相对复杂、煤层赋存条件相对较差的矿区。
1） 采用相对压力降指标确认瓦斯抽采有效半径，通过与抽采率指标进行对比，误差较小，采用相对压力降指标，煤层有效抽采半径确定更直观，压力为实测值，测试结果更可靠。
2） 参考文献：
[1]张荣立，何国纬，李铎.采矿工程设计手册.煤炭工业出版社，2003；
[2]防治煤与瓦斯突出规定（安监总局19令）；
[3]郝富昌,刘明举,孙丽娟.瓦斯抽采半径确定方法的比较及存在问题研究 [J] 煤炭科学技术,2012（12）；
[4]刘三钧，马耕，卢杰，等.基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术[J]．煤炭学报，2011，36(10)：1715-1719。
作者简介：樊睇，男，汉族。1986年2月出生。2009年6月毕业于中国矿业大学采矿工程专业（本科）。2009年7月至今，在昆明煤炭科学研究所从事煤矿安全技术研究工作。
论文作者:樊睇,李谦
论文发表刊物:《科技研究》2019年1期
论文发表时间:2019/4/23
标签：瓦斯论文; 煤层论文; 钻孔论文; 测试论文; 半径论文; 压力论文; 含量论文; 《科技研究》2019年1期论文;