钻孔抽采半径测定研究报告 - 图文(7)

淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告 4.1.2 终孔圆周布置法

终孔圆周布置方式是在钻孔平行布置方法的基础上对钻孔终孔布置方位作了优化，由于平行布置对打钻质量要求很高，很容易造成测试结果偏差，而圆周布置则将打钻集中在一个相对较小的区域进行，减轻了人力物力，重点则偏向于钻孔设计，与真实结果基本无偏差，其中具体实施步骤如下：

①选择合适的地点（最好选择在底板岩巷中，煤层为原始状态，煤层顶底板完整）向煤层施工数个穿过煤层全厚的测压钻孔，1#抽采孔到2#、3#、4#?n#观测孔的距离依次增加。

②测压钻孔施工完毕后，立即封孔测定该地点煤层原始瓦斯压力。

③待各测压孔压力稳定后，在钻场或巷帮位置施工一穿层抽采钻孔，作为1号孔，其终孔位置位于考察钻孔所在圆的中心。待钻孔施工完毕后，封孔进行抽采。

④以开始负压抽采第一天作为观测第一天，每天观察并记录各测压孔的瓦斯压力值。

如果n(n=2、3…n)号测压孔以及n号测压孔之前的测压孔的压力均小于预抽瓦斯有效性指标（压力值P），而n号孔之后的测压孔的压力大于P，n号孔与1号孔的煤层终孔点间距即为抽采钻孔的有效抽采半径。图4-2、4-3分别为穿层钻孔开孔和终孔圆周布置三维示意图与测试地点巷道与煤层层位三维示意图。

图4-2 穿层钻孔终孔圆周布置三维示意图

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淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告

图4-3 穿层钻孔测定煤层抽采半径三维示意图

相对于平行钻孔布置法，终孔圆周布置法具有以下优点：

①终孔圆周布置法开孔位置相对集中，可在一个钻场内完成所有考察钻孔，而平行布孔法，钻孔需要平行布置，开孔位置所占用空间较大；

②终孔圆周布置法，钻孔分别施工至不同方向，考察孔之间相互影响较小，瓦斯压力稳定较快，平行孔受施工条件限制，钻孔都沿同一方位施工，若有误差，造成钻孔见影响较大，孔底间距误差相对较大；

③终孔圆周布置法是沿钻孔环向布孔，较平行径向布孔减小了煤层各项异性对瓦斯抽采半径测试结果的影响，测试精度更高；

综合以上分析，课题组选择终孔圆周布置法测定淮北矿区穿层钻孔瓦斯抽采半径。

4.2 顺层钻孔抽采半径测试方法

4.2.1 测试原理

顺层钻孔瓦斯抽采半径常用测定方法包括：压降法、计算机模拟法、气体示踪法和钻孔流量法等。由于本煤层瓦斯压力测试难度较大，故采用钻孔流量法测定顺层钻孔瓦斯抽采半径。其原理是：自然排放情况下，钻孔瓦斯流量衰减一般随时间呈指数形式改变，因此钻孔瓦斯涌出初速度和钻孔瓦斯浓度都可以作为钻孔瓦斯抽采半径测定的考察指标，钻孔瓦斯涌出初速度q作为一种反映煤的物理力学性质、地应力和瓦斯压力的综合指标，其大小受到煤层瓦斯压力、应力状态、煤层渗透率、煤的瓦斯放

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淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告 散特性、煤厚及巷道推进速度等条件限制。在实际操作过程中可以根据现场条件选择其中一种指标作为抽采半径考察标准。瓦斯抽采过程会造成影响区域煤层瓦斯压力、瓦斯含量下降，在观测时间内，各观测钻孔的q值每5天衰减率n达到或超过10%连续4次以上的就认定该钻孔在抽采钻孔的有效抽采影响范围内。

4.2.2 测试方法

钻孔瓦斯抽采半径流量法测试步骤如下：

①在没有进行过抽采作业的工作面进风巷或回风巷（掘进巷道新鲜暴露煤壁处）间隔一定距离依次施工若干个测试钻孔，钻孔互相平行垂直于煤壁，且均布置在煤层中部；

②采用聚氨酯封孔，观测孔封孔时预先在孔内铺设4分铁管，露出孔外的4分铁管接钢球阀，钢球阀再接变接，利用胶管连接流量计，测量流量时打开钢球阀，测量结束后关闭钢球阀。待封孔材料固定后，测定并记录各考察孔流量变化规律，每天记录一次，钻孔布置及连接方式见图4-4；

③测试若干天后，施工1个抽采孔布置在靠边一侧的考察孔一定距离处，将抽采孔与抽采管路并接抽采；

④抽采孔实施抽采后，继续测定观察孔孔内瓦斯浓度、瓦斯涌出初速度变化，将各观察孔不同抽采时间的瓦斯浓度、瓦斯涌出初速度随抽采时间变化绘制成曲线；

⑤根据各考察孔瓦斯流量衰减规律，分析并确定钻孔有效抽采半径。

图4-4 流量法测顺层钻孔抽采半径方案1钻孔布置图

采用流量法测定顺层钻孔抽采半径方案2测试示意图见图4-5，该方法需将钻孔

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淮北矿区钻孔抽采半径测定研究报告 布置在煤巷新暴露面，具体测试步骤如下：

①新煤巷掘进巷道中，在切眼位置沿煤层走向施工一个钻孔（1号）作为被考察的抽采钻孔，钻孔长53.2m，直径75mm，封孔材料选用聚氨酯，定时观测抽采钻孔瓦斯抽采参数；

②在回风巷垂直于1号抽采孔位置施工几个考察钻孔，间隔逐渐增大，且与1号孔垂距逐渐增大，垂距在2~6m之间；

③采用聚氨酯封孔，观测孔封孔时预先在孔内铺设4分铁管，露出孔外的4分铁管接钢球阀，钢球阀再接变接，利用胶管连接流量计，测量流量时打开钢球阀，测量结束后关闭钢球阀。待封孔材料固定后，测定并记录各考察孔流量及瓦斯浓度变化规律，每天记录一次；

④将各考察孔在不同抽采时间下的瓦斯流量、瓦斯浓度随抽采时间变化规律绘制成曲线，分析处理数据，最终得到顺层钻孔瓦斯抽采半径。

图4-5 流量法测顺层钻孔抽采半径方案2钻孔布置图

4.3 煤巷掘进工作面浅孔排放半径测试方法

因煤层较厚，煤层瓦斯含量较高，煤巷掘进过程中瓦斯涌出量较高，常造成瓦斯超限，限制煤巷掘进速度，影响矿井安全生产。掘进工作面浅孔排放作为局部防突措施，广泛应用于淮北矿区掘进工作面瓦斯治理工作中，为了达到有效排放瓦斯降低掘进工作面瓦斯涌出的目的，需科学的设计施工排放钻孔，尤其是确定排放钻孔的施工间距，因此需研究确定淮北矿区煤巷掘进工作面钻孔排放半径。本课题采用瓦斯流量法测定测定煤巷掘进工作面浅孔排放半径，该方法钻孔布置见图4-6。其测定步骤如下：

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图4-6 排放钻孔排放半径测定钻孔布置示意图

①沿工作面软分层施工3～5个相互平行的测量孔，孔径42mm，孔长5～7m。间距0.3～0.5m。

②对各测量孔进行封孔，封孔长度不得小于2m，测量室长度为1m。

③钻孔密封后，立即测量钻孔瓦斯流量，并每隔10min测定一次，每一测量孔测定次数不得少于5次。

④在距最近的测量孔边缘0.5m处，施工一平行于测量孔的瓦斯排放钻孔（见图4-6，其直径等于待考察排放钻孔的直径），钻孔施工过程中记录孔长、时间和各考察钻孔瓦斯流量的变化。

⑤排放钻孔施工完毕后，每隔l0min测定一次各考察钻孔的流量。 ⑥排放钻孔施工完成后的2h内，测定并绘制各测量孔瓦斯流量变化曲线。 ⑦如果连续三次测定流量孔的瓦斯流量都比施工排放钻孔前增高10％，即表明该测量孔处于排放钻孔的有效半径之内。符合本项中的上述测量孔距排放钻孔最远距离即为排放钻孔的有效排放半径。

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