残余瓦斯含量法在测定瓦斯抽采有效半径中的应用研究

公衍伟，姬鹏锦，韩真理，解庆雪

(1.贵州省矿山安全科学研究院，贵州 贵阳 550025；2.贵州林华矿业有限公司，贵州 毕节 551170)



残余瓦斯含量法在测定瓦斯抽采有效半径中的应用研究

公衍伟1，姬鹏锦2，韩真理1，解庆雪1

(1.贵州省矿山安全科学研究院，贵州 贵阳 550025；2.贵州林华矿业有限公司，贵州 毕节 551170)

根据瓦斯抽采有效半径测定方法的研究现状及各种方法优缺点的分析结果，提出残余瓦斯含量法测定抽采有效半径，并以林华煤矿9号煤层为例进行了现场测定，得到不同抽采时间对应的抽采有效半径，为合理布置抽采钻孔间距提供了科学依据，提高了瓦斯抽采效率，降低瓦斯抽采成本。

残余瓦斯含量法；瓦斯抽采；有效半径

目前，我国煤矿安全生产得到了长足发展，煤矿安全形势也进一步好转，瓦斯事故也得到了进一步抑制，但瓦斯灾害依然严重，瓦斯问题仍然是威胁煤矿安全生产的重要因素。实践证明，解决瓦斯问题最有效的方法就是预抽煤层瓦斯，瓦斯抽采钻孔的合理布置及抽采时间又是预抽煤层瓦斯的关键，这将直接影响煤层瓦斯抽采的效果，进而影响整个矿井的安全生产[1]。钻孔间距太小，则会出现“串孔”现象，降低瓦斯抽采效率，浪费大量的人力、物力；钻孔间距太大，则会在两抽采钻孔之间形成抽采盲区，无法彻底消除煤层的突出危险性。另外，抽采有效半径也是对煤层瓦斯抽采效果进行评价的必要依据，抽采时间过长，造成物力的浪费；抽采时间过短，达不到消突的目的。因此，确定钻孔瓦斯抽采有效半径对于提高瓦斯抽采效率、保证煤矿安全生产具有重要的现实意义[2]。

1　抽采有效半径的概念

瓦斯抽采半径一般分为瓦斯抽采影响半径和瓦斯抽采有效半径。抽采影响半径主要衡量瓦斯抽采钻孔抽采能够影响的最大范围，即在一定抽采条件和抽采时间下煤层原始瓦斯压力开始下降的点到抽采钻孔中心点的距离。抽采有效半径主要是衡量在抽采钻孔影响下达到消突或者满足相关规定要求的有效距离，即在一定抽采条件和抽采时间下煤层瓦斯含量或压力降到满足相关规定要求的点到该抽采钻孔中心点的最大距离。钻孔的瓦斯抽采有效半径主要与煤层原始瓦斯含量、瓦斯压力、透气性系数、抽采负压、抽采时间等因素有关[3]。

2　抽采有效半径研究现状

根据测定方式的不同，瓦斯抽采有效半径测定方法主要分为计算机数值模拟法、示踪气体法、压降法、瓦斯解吸指标Δh2值法。

2.1计算机数值模拟法

根据达西定律建立抽采钻孔周围瓦斯流动模型，根据相关规定规范及实际需要，确定瓦斯抽采的有效性指标，编制解算程序，计算在一定的抽采条件下达到瓦斯抽采的有效性指标所需要的时间，绘制出抽采有效半径与抽采时间的关系曲线，进而确定抽采钻孔在一定抽采条件和抽采时间下的抽采有效半径[4]。

2.2示踪气体法

示踪气体法测定抽采有效半径钻孔布置如图1所示。具体测定步骤如下：首先按照设计施工注气孔和抽采测试孔；钻孔施工完成后分别对注气孔和抽采测试孔封孔；待封孔材料凝固后，将SF6气体注入到注气孔中，然后将注气孔阀门关闭；将抽采测试孔与瓦斯抽采系统连接，进行瓦斯抽采；每隔一定的时间对抽采测试孔内气体进行取气样分析，一直测试到每个抽采测试孔内都检测出SF6气体为止；最后根据测定结果，将抽采测试孔距注气孔的距离与相应的抽采时间进行回归分析，求出在一定抽采条件和抽采时间下对应的煤层瓦斯抽采有效半径[5]。

a，b—注气孔与抽采测试孔距离
图1SF6示踪气体法测定抽采有效半径钻孔布置示意

2.3压降法

主要考察瓦斯压力随预抽时间的变化情况采用回归分析法确定有效抽采半径与预抽时间关系。主要测试过程为：施工一排平行瓦斯压力测定钻孔，待瓦斯压力稳定后，在测压钻孔一侧施工一个预抽钻孔，使之与各测压孔间有不同距离，并定期观测各测压孔的瓦斯压力随预抽时间的变化，根据预抽瓦斯有效性指标，采用回归分析法确定有效抽采半径与预抽时间的关系[6-8]。

2.4瓦斯解吸指标Δh2值法

采用瓦斯解吸指标Δh2，通过分析瓦斯抽放钻孔周围煤体的瓦斯流动规律，确定瓦斯抽采有效半径。具体步骤为：首先施工一个抽采钻孔，钻孔施工时测定Δh2值，施工完成后封孔并连管抽采，在抽采一定时间后，在抽放钻孔旁平行施工与抽放钻孔不同间距的测试钻孔并测定抽放后煤体的Δh2值，然后根据测定数据分析得到在抽采一定时间下的瓦斯抽采有效半径[9]。

以上几种测定方法在一定程度上满足了生产实践的需要，但是，计算机模拟法对技术工程人员技术要求比较高，而且不同区域的瓦斯赋存规律不同，特别是在煤层地质构造复杂的矿区，测定结果误差较大；示踪气体法测定有效半径只能够对抽采钻孔抽采影响程度的大小进行分析，有效性分析还需要进一步确定；压降法对封孔质量要求比较高，且顺层钻孔可能由于封孔效果不佳而无法测试，而且即使在同一个地方施工测压钻孔，有时测定出的瓦斯压力结果差异比较大[10]；瓦斯解吸指标Δh2值法能够测定瓦斯抽采有效半径，但很多矿区对Δh2值指标不敏感。综上，提出残余瓦斯含量法测定煤层瓦斯抽采有效半径的方法。

3　残余瓦斯含量法测定抽采有效半径

3.1测定原理

抽采钻孔在预抽煤层瓦斯时，在抽采负压和煤层瓦斯压力的作用下，钻孔周围煤体的瓦斯不断进入抽采钻孔被抽走，形成以抽采钻孔中心线为轴心的类似圆形的抽采影响圈，随着抽采时间的积累，抽采影响圈内的瓦斯不断被抽走，瓦斯含量不断降低，抽采一定时间后，在抽采钻孔周边会形成一个以抽采钻孔中心线为轴心的类似圆形的瓦斯含量梯度圈，在抽采钻孔周边不同距离地点布置取样钻孔测定煤层残余瓦斯含量，抽采钻孔中心距煤层残余瓦斯含量低于8m3/t的点的最大距离为该抽采钻孔的抽采有效半径[11-13]。

3.2测定步骤

用于测定抽采有效半径的抽采钻孔应布置在煤层较为完好、无断层、无破碎带的地点。具体测定步骤为：

(1)钻孔施工完成后，封孔并连管抽采，抽采过程中要保持抽采负压的稳定。

(2)抽采一定时间后，在距抽采钻孔的不同距离处施工钻孔取样测定煤层残余瓦斯含量，钻孔布置如图2所示。

a，b，c，d-抽采钻孔与取样钻孔距离图2　残余瓦斯含量法测定抽采有效半径取样钻孔布置示意

(3)根据测定残余瓦斯含量结果绘制拟合曲线，计算残余瓦斯含量为8m3/t的点到抽采钻孔的距离，得到在一定抽采时间和抽采条件下的瓦斯抽采有效半径。

4　现场实际应用及结果分析

林华煤矿位于贵州省金沙县境内，设计生产能力1.5Mt/a，矿井首采9号煤层，为突出煤层。根据现场实际抽采情况以及抽采有效半径测定原理，分别在20912回风巷380m处、350m处和300m处布置抽采钻孔，并对9号煤层顺层钻孔预抽30d，70d，100d的抽采有效半径进行了测定。根据现场实际测定数据，进行曲线拟合，具体结果见图3。

图3　抽采不同时间顺层抽采钻孔周边残余瓦斯含量分布曲线

由图3可知，顺层抽采钻孔抽采30d，抽采钻孔中心距煤层残余瓦斯含量低于8m3/t的点的最大距离为0.5m；顺层抽采钻孔抽采70d，抽采钻孔中心距煤层残余瓦斯含量低于8m3/t的点的最大距离为1.5m；顺层抽采钻孔抽采100d，抽采钻孔中心距煤层残余瓦斯含量低于8m3/t的点的最大距离为2.5m。

综合以上分析结果可知：林华煤矿9号煤层顺层抽采钻孔在抽采钻孔孔径为75mm、抽采负压不低于13kPa的抽采条件下，抽采30d有效半径为0.5m，抽采70d有效半径为1.5m，抽采100d有效半径为2.5m；在相同抽采条件下，抽采时间不同，对应抽采有效半径不一样，随着抽采时间增长，抽采有效半径在一定范围内会逐步增大。

5　结　论

(1)根据目前瓦斯抽采有效半径测定方法的研究现状，提出了残余瓦斯含量测定煤层抽采有效

半径的方法，操作性强，测定结果准确，为抽采有效半径测定提供了一种新的测定方法。

(2)在相同抽采条件下，抽采时间不同，对应抽采有效半径不一样，随着抽采时间增长，抽采有效半径在一定范围内会逐步增大，煤矿可以根据开拓开采计划合理布置抽采钻孔间距，提高煤矿瓦斯抽采效率，降低瓦斯抽采成本，对矿井的安全高效生产具有重要的现实意义。

[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.

[2]刘华锋，陈辉.顺层钻孔瓦斯抽采半径确定及抽采效果考察研究[J].中国煤炭，2013，39(6)：83-86.

[3]杨相玉，杨胜强，路培超.顺层钻孔瓦斯抽采有效半径的理论计算与现场应用[J].煤矿安全，2013，44(3)：5-13.

[4]周红星，程远平，谢战良.计算机模拟确定瓦斯抽放有效半径的方法[J].能源技术与管理，2005，30(4)：81-82.

[5]陈金玉，马丕梁.SF6气体示踪法测定钻孔瓦斯抽放有效半径[J].煤矿安全，2008，39(9)：23-25.

[6]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，2009，41(9)：88-90.

[7]赵楠，季淮君，李雨佳.关于测定煤层瓦斯抽放影响半径的试验研究[J].江西煤炭科技，2011(3)：13-15.

[8]李晓.平煤一矿瓦斯抽放钻孔有效抽放半径的研究[J].现代矿业，2012，27(3)：110-111，114.

[9]陈彝龙，邹云辉，钟勇林.采用瓦斯流场理论确定钻孔瓦斯抽采有效影响半径[J].江西煤炭科技，2009(10)：99-100.

[10]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(3)：1715-1719.

[11]国家安全生产监督管理总局.煤矿瓦斯抽采基本指标[S].北京:煤炭工业出版社，2006.

[12]国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[S].北京：煤炭工业出版社，2009.

[13]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，2012(3)：12-13，70.

[责任编辑：施红霞]

Application Studying of Gas Extraction Effective Radius Measure with Residual Gas Content Method

GONG Yan-wei1，JI Peng-jin2,HAN Zhen-li1,XIE Qing-xue1

(1.Guizhou Mine Safety Science Research Institute，Guiyang 550025，China;2.Guizhou Linhua Mine Co.，Ltd.，Bijie 551170，China)

According analysis results of research status of gas extraction effective radius assay method and merits and demerits of all kinds methods，and gas extraction effective radius with residual gas content method measured was put forward，and it taking No.9 coal seam of Linhua coal mine as example，then extraction effective radius that correspond with different extraction time，it referenced for reasonable layout of gas extraction holes space，gas extraction efficiency was improved obviously，and then extraction cost was reduced.

residual gas content method；gas extraction；effective radius

2016-03-03

“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2012BAK04B07)；贵州省社会发展攻关计划资助项目(黔科合SY[2010]3036)

公衍伟(1987-)，男，山东临沂人，工程师，硕士，研究方向为煤与瓦斯突出危险性预测及瓦斯灾害治理。

TD712.3

A

1006-6225(2016)05-0089-03

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.05.025

[引用格式]公衍伟，姬鹏锦，韩真理，等.残余瓦斯含量法在测定瓦斯抽采有效半径中的应用研究[J].煤矿开采，2016，21(5)：89-91.