[发明专利]基于残余瓦斯含量的钻孔抽采瓦斯有效半径测定法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，尤其涉及一种基于残余瓦斯含量的钻孔抽采瓦斯有效半径的测试方法。

背景技术

1.钻孔抽采瓦斯有效半径定义

井下钻孔抽采瓦斯时，煤层中瓦斯在瓦斯压力与抽采负压所形成的驱动力作用下向钻孔中心运移，受此驱动力影响的区域称为抽采影响范围。依据钻孔抽采瓦斯的目的确定的抽采影响范围即为钻孔抽采瓦斯有效半径，

如果为了防突，应使抽采影响范围内煤层瓦斯失去突出能力；

如果为了防止瓦斯浓度超限，应使抽采影响范围内煤层瓦斯含量或瓦斯涌出量降低到通风可以安全排放的程度。

2.钻孔抽采瓦斯效果相关规定

《防治煤与瓦斯突出规定》对突出煤层预抽煤层瓦斯区域效果检验时明确指出应当以预抽区域的煤层残余瓦斯压力或者残余瓦斯含量为主要指标，临界值以始突深度瓦斯压力或瓦斯含量为评判依据；在缺少始突深度瓦斯压力或瓦斯含量资料时，以煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa或残余瓦斯含量小于8m3/t为评判依据。

《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》及《煤矿瓦斯抽采基本指标》对预抽瓦斯效果做出了规定：

①瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面，以工作面前方20m以上范围内煤的可解吸瓦斯量作为评判指标，应满足表1规定。

②对于突出煤层，以煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量作为评判指标；防突效果达标瓦斯压力或瓦斯含量按煤层始突深度处的瓦斯压力或瓦斯含量取值；没有考察出煤层始突深度处的煤层瓦斯压力或含量时，分别按照0.74MPa、8m³/t取值。

③瓦斯涌出量主要来自于突出煤层的采煤工作面，需同时满足①、②，方可判定该工作面瓦斯预抽效果达标。

④瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的采煤工作面，以瓦斯抽采率作为评判指标，应满足表2规定。

表1采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标

表2采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标

《煤矿瓦斯抽放规范》对预抽煤层瓦斯从瓦斯抽出率和钻孔量做了规定：

①预抽煤层瓦斯的矿井，矿井抽出率应不小于20％，回采工作面抽出率不小于25％；突出矿井，预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa；

②采用顺层钻孔抽放时，钻孔量应满足表3。

表3吨煤钻孔量表

《煤矿安全规程》第一百九十条规定：预抽煤层瓦斯后，必须对预抽瓦斯防治突出效果进行检验，其有效性指标应根据矿井实测资料确定。如无实测数据，可依据下列指标之一确定：

①预抽煤层瓦斯后，突出煤层的残余瓦斯含量小于该煤层始突深度的原始瓦斯含量。

①煤层瓦斯预抽率大于30％。

3.钻孔抽采瓦斯有效半径确定指标的选取

根据钻孔抽采瓦斯效果相关规定和规程的分析，主要从煤层残余瓦斯压力、煤层残余瓦斯含量和预抽率三方面进行抽采效果评价，三者满足的关系为：

式中，η为瓦斯预抽率，％；Q_c为残余瓦斯含量，m³/t；Q为原始瓦斯含量，m³/t；p_c为残余瓦斯压力，MPa；p为原始瓦斯压力，MPa；α为煤层瓦斯含量系数，m³/(t·MPa^1/2)。

在实际生产运用中，为了达到较好的抽采效果，考虑到顺层钻孔有效抽采段长，一般将其作为采区大面积治理瓦斯的首选抽采方法。通常情况下，含瓦斯煤体相对岩体均比较松软，且钻孔受巷道卸压的影响，顺层钻孔封孔较穿层钻孔封孔难度系数大，长时间的封孔质量差。因此，在顺层钻孔中采用一般的煤层瓦斯压力测定法，很难测定出准确的煤层瓦斯压力，尤其在抽采负压和钻孔相互影响下，测定误差更大。相反，如果避开封孔的影响和钻孔间的相互影响，测定误差就会相对减小。为此，在顺层钻孔预抽煤层瓦斯考察预抽效果时可以采用测定煤层残余瓦斯含量的方法。

钻孔抽采瓦斯有效半径是根据钻孔抽采瓦斯的目的确定的，其实质也是预抽效果的判断指标，因此，用残余的瓦斯含量确定钻孔抽采瓦斯有效半径是可行的。

①以残余瓦斯含量8m³/t作为评判指标，Q_c1＝8m³/t；