快速准确测定超前钻孔瓦斯排放半径方法研究

快速准确测定超前钻孔瓦斯排放半径方法研究于占林1，孟宪营1，杜泽生2(1峰峰集团公司大淑村矿，河北邯郸056201；2煤炭科学研究总院抚顺研究院，辽宁抚顺113122)摘要：文章以峰峰集团有限公司大淑村矿为实施矿井，在煤炭科学研究总院抚顺分院科研人员指导下进行了超前钻孔瓦斯排放半径的研究。利用合理化布孔、确定规律性考察指标，掌握了适合大淑村矿的超前钻孔瓦斯排放半径快速测定方法。关键词：煤与瓦斯突出；局部防突措施；超前钻孔；瓦斯排放半径中图分类号：聊12文献标识码：A 文章编号：1005-2798(2008)ll一000502The Research of the Method of Quickly TrulyMensurating the Effectual Radius of the Leading BoringsYU Zhan-linl，MENG Xian-yin91，DU Ze-shen92(1Dashucun Coal Mine of Fengfeng Group Company，Handan 056201，China；2Fushun Branch in General Coal Study ofScience Institute，Fushun 113122，China)Abstract：Taking Dashueun Coal Mine of Fengfeng Co，Ltdas implementing mine，under Fushun Branch of China Coal Research In-stitute research personnelsinstruction，We layed the borings rationally，ascertained disciplinary guide lineAt last we mastered themethod of quickly mensurating the effectual radius of the leading boringsKeywords：coal and gas outburst；part prevention measures about coal and gas outburst；leading borings；gas discharge radius大淑村矿为煤与瓦斯突出矿井，2。煤层为突出煤层。大淑村矿在防治煤与瓦斯上虽然采取了突出预测及超前排放钻孔防突措施，但仍然发生了一次特大型突出事故。虽然突出原因还未探明，但超前钻孔瓦斯排放半径参数的不确定也是突出原因之一。因此准确测定超前钻孔瓦斯有效排放半径，可使防突措施的超前瓦斯排放钻孑L布置更加有的放矢，减少盲目性，从而使安全生产更有保障。超前钻孑L措施是目前我国在突出矿井应用最为广泛的煤巷掘进局部防突措施，其防突效果已经得到实践和检验。在掘进与回采工作面前方，一般有三个应力带：卸压带、集中应力带和原始应力带。超前排放钻孔即是在工作面前方一定距离的煤体内，始终保持有足够数量的钻孔，由于钻孑L的卸压和排放瓦斯的作用，人为地造成并保持工作面前方有一个较长的卸压带，以防止突出的发生。但超前钻孔的数量决定于规定的防护范围与钻孔的有效排放半径。但是有时候由于设计钻孔参数不明确，措施针对性不够，钻孔设计不合理以及未按要求施工等问题，不仅措施有效性降低，而且执行措施后发生突出也屡见不鲜。l 瓦斯排放半径测定方法防治煤与瓦斯突出细则附录五较为详细地介绍了防突措施有效半径的测定方法，但在大淑村矿按照防治煤与瓦斯突出细则介绍的方法测定时存在瓦斯衰减速度快、瓦斯流量无法测出的情况，瓦斯涌出规律不明显。因而决定改变布孔方式，多参数考察，即瓦斯流量与瓦斯浓度同时观测，以便找出其变化规律。11考察钻孔布置经过现场考察，本次研究把试验地点选择在172101配运料巷，这个区域符合了以下条件：受采动影响较小；具备10 m半径区域没有进行瓦斯预抽；钻孔施工和考察数据方便。结合大淑村矿2。的透气性、煤层结构，本次实验采用了如下布孔方式，见图l。钻孔参数，见表1。收稿日期：2008-05-14作者简介：于占林(1965一)，男，河北邯郸人，工程师，从事煤矿生产管理及“一通三防”工作。5万方数据2008年11月 于占林等：快速准确测定超前钻孔瓦斯排放半径方法研究 弟17卷弟11期表1 瓦斯排放半径测定钻孔参数籍弩奄轰直觏mm雾蠢方位罄m长藉乏编号 地点直径 烨文w阻度 精度21：4725 。0：冀萎1210藉舌蓄瑟。 上煤壁 辖市蠢酥；： 1嚣翼1 笔 ： ：羹茎：霎筝葬錾56： 4242。0燃1010糯。 上煤壁 一 ”一图1 瓦斯排放半径测定钻孔布置剖面图1的布孔方式参考经验公式：R排=10D钴羽。利用相交圆法保证了各考察钻孑L距离大于042 m，使各考察孑L之间不会因为自然排放而产生相互影响。12数据测定考察为保证测定准确，使用两台风动钻机同时施工，顺序为：一台钻机依次施工5。、4；另一台钻机同时依次施工2。、3。、6。整个施工过程40 min完成。2。、3。、44、5、6。钻孔(考察孔)施工完毕后，开始测定各钻孔瓦斯流量及瓦斯浓度变化。现场实验显示，各考察钻孔瓦斯流量变化非常不明显，瓦斯浓度变化具有规律。测定40 min后施工1 8钻孔，同时继续测定考察孔瓦斯浓度变化，20 min后l。孔(超前孔)施工完毕。然后测定所有钻孔(考察孔和超前孔)瓦斯涌出及浓度变化，测定时间为2 h。测定数据，见表2。变化趋势，见图2。2 测定结果分析本次测定钻场布置在东一采区172101配运料巷瓦斯抽放半径测定钻场里50 m区域，按指定顺序快速施工到位后，马上测定钻孔瓦斯浓度和流量。经过5次测定，结果显示瓦斯流量衰减速度较慢且本次实验过程中钻孔流量读数很小，几乎无变化，而瓦斯浓度成明显规律性变化，故最终确定瓦斯浓度为规律性考察指标。由表2和图2可以看出，在施工1排放孔前五个考察孔的浓度下降趋势基本一致且在施工1。排放孔前瓦斯浓度均在7080左右，说明五个考察孔的瓦斯释放状态基本相同。在施工1。排放孔20 min后2、3。钻孔瓦斯浓度迅速上升，且在40 min内瓦斯浓度均较1排放孔施6工前上升10，最高达到3l；以后的两个小时2。、3。考察钻孔瓦斯浓度衰减趋势基本与l。排放孔一致，在第190 min时1。、2。、3钻孔的瓦斯浓度都下降到25左右。以上说明2。、3。考察钻孔受到了l。排放孑L的显著影响，即06 m在D75mm排放钻孔的有效影响范围内；D75 rain的排放钻孔在2 h左右可以使有效影响范围内的瓦斯浓度下降75左右，自然释放效果明显。表2 2。煤层超前钻孔瓦斯排放半径测定记录堡越烂ZU时l圃rain+2孔；+3孔；+4孔；+5孔；+6孔；一7。孔图2超前钻孔瓦斯排放半径测定钻孔瓦斯浓度变化趋势在施工1。排放孔的20 min里4。、5。、6。钻孔瓦斯浓度只是略有浮动，可以确定这种浮动属于自然变化，不是受1。钻孔的施工影响，以后的两个小时它们的瓦斯浓度衰减趋势基本一致，且明显与l。、2。、3钻孔不同，在第190 min时4。、5。、6。考察钻孔的瓦斯浓度基本下降到65左右，以上说明0812 m不在975 mm排放钻孔的有效影响范围内，)42 mm钻孔瓦斯自然释放效果不明显。根据以上分析可知：06 mr捧08 m。又由经验公式r排=D钻孔n，,=8、9、10。由于在施工过程中1。钻孔实际(下转第12页)、|万方数据2008丰11月 蒋忠群：远程下保护层开采工作面瓦斯涌出量预测研究 弟17卷弟11期层1l-3煤层。32 1117(1)工作面瓦斯涌出量预测根据张集矿现有瓦斯含量资料，1l-2煤层原始瓦斯含量为6 m3t，其邻近层111、11_3煤层为不稳定、不可采煤层，因煤质较1 1_2煤层差且不可采，取11一l、1lq煤层原始瓦斯含量为2 m3t；112煤层厚度取28 m。1) 本煤层瓦斯涌出量q，。根据现场实际取巷道瓦斯排放宽度h=13 m，根据公式(1)带人数据计算得：ql=121053 x089 x2828(6154)=50l m3t2) 邻近层瓦斯涌出量q：。邻近层瓦斯涌出量计算参数，见表2。表2保护层开采邻近层瓦斯涌出量计算结果煤层 厚度距开采层k * 瓦斯涌出量绳曼 些 圃巨里：筵：!：!)(蓝：l：!)：!：1 2从表2中计算得：q2=006+007=013 m3t。所以1117(1)工作面预测瓦斯涌出量q=013+50l=514 m3t，按工作面设计日产7 000 t计算，则绝对瓦斯涌出量为25 m3rain。 33工作面实际绝对瓦斯涌出量1117(1)工作面于2007年11月7日开始回采，后退式开采，平均日产7 000 t左右。工作面回采至收作期间的实际瓦斯涌出量，见表3。表3 1117(1)工作面实际瓦斯涌出量时间 盘嗽芎2磐盛兽)盛孽蠹登2007年11月 lO47 401 14482007年12月855 1041 18962008年1月806 1448 22542008年2月 768 1576 23442008年3月895 1354 22492008年4月883 96 18432008年5月856 53 1386其瓦斯涌出总量随工作面推进时间的关系如图3所示。从图3中可以看出，随着工作面的推进，瓦斯涌出量逐渐增大后逐渐减少，从表3可以看出，在工作面推进到2月份时，绝对瓦斯涌出量达到最大为2344 m3min，而预计最大绝对瓦斯涌出量为25 1113rain，误差为66，能满足现场安全生产要求。芒藉赆2007年2007年2008年2008年2008年2008年9月 11月 1月 2月 4月 6月图3工作面绝对瓦斯涌出量随工作面推进距离的关系4结论1)保护层开采后，致使被保护层发生了整体移动，破坏了原岩应力的平衡，地应力重新分布，岩体向采空区方向移动，被保护范围内煤层发生卸压、膨胀，产生“OX”型破坏，使裂隙范围内邻近煤层瓦斯涌人开采工作面，使处于裂隙带以上被保护范围内煤层产生大量的层内破断裂缝和层间裂隙，增大了处于裂隙带以上被保护范围内煤层的透气性。所以保护层开采工作面的瓦斯主要来源于裂隙范围内的邻近煤(岩)层瓦斯及本煤层瓦斯。2) 采用分源法预测了保护层开采工作面绝对瓦斯涌出量为25 m3min，而实际工作面瓦斯涌出量为2344 m3min，误差为66，能满足现场安全生产要求，为回采前瓦斯治理工作提供了可靠依据。参考文献：1于不凡煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册M北京：煤炭工业出版社，20002 涂敏潘谢矿区采动岩体裂隙发育高度的研究J煤炭学报，2004(6)【责任编辑：魏晋英(上接第6页)直径稍大于75 mln，可知7,取9最合适，且单位精确到10 cm，故确定大淑村矿24煤层瓦斯排放半径，捧=D钻孔9，D75 mm排放钻孔的有效排放半径为0675 m，为保证在工程设计及施工中具备实际意义，最终确定D75姗排放钻孔的有效排放半径为07 mb3结论及建议1)经考察分析，D75 him排放钻孔的有效排放半径为07 In，为大淑村煤矿治理煤与瓦斯突出、12施工超前钻孔提供了科学依据。2) 受煤层赋存、煤层特性、地质构造以及采动等诸多因素影响，具备规律性的特征指标并不唯一，应结合实际考察具体指标。3) 不同煤层应分别进行钻孔瓦斯有效排放半径测定。4)超前钻孔有效排放半径应经常测定，尤其是采深变化较大时，应重新进行测定。责任编辑：魏晋英万方数据快速准确测定超前钻孔瓦斯排放半径方法研究作者： 于占林， 孟宪营， 杜泽生， YU Zhan-lin， MENG Xian-ying， DU Ze-sheng作者单位： 于占林,孟宪营,YU Zhan-lin,MEN