凤凰山煤矿16号煤层超前钻孔排放半径考察 - 图文

能源技术与管理

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doi:10.3969/j.issn.l672-9943.2018.04.019

2018年第43卷第4期

V〇1.43 N〇.4

Energy Technology and Management

面凰山頫GM6 _頫层超前钻孔规取半径穹_

林海峰口

(1.煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁沈阳110016;2.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁抚顺113122)

[摘要]简述了超前排放钻孔的防突机理，采用钻屑瓦斯解吸指标法现场测定凤凰山煤矿

16号煤层超前钻孔瓦斯排放半径。实践证明，应用钻屑瓦斯解吸指标法考察超前钻 孔排放半径简易、可靠。

[关键词]超前钻孔;排放半径;钻屑瓦斯解吸指标法

[中图分类号]TD712 [文献标识码]B [文章编号]1672_9943(2〇18)04\2

的透气性密切相关。在煤矿现场更注重:定时期内 排放钻孔的消突范围的大小，即指钻孔有效影响 半径，这得需要现场测定[1]〇

0引言

排放瓦斯钻孔是煤矿应用最广泛有效的局部

综合防突措施之一，掘进工作面、石门揭煤及回采 工作面均可适用,操作施工简易。在实施排放钻孔 措施时，钻孔间排距过大，会形成瓦斯未能排放的 空白区，则防突措施失效;钻孔间排距过密，增大 了工程量，造成浪费。所以合理布置钻孔即确定排 放钻孔的有效影响半径显得尤为重要。

2测定方法

排放孔有效影响半径测定方法普遍为：压力

指标降低法、流量指标法及突出预测指标法(钻屑 瓦斯解吸指标或&、钻屑量S等等)。压力指 标降低法、流量指标法要求：在煤层中间距为 0.3~0.5 m打1排平行的钻孔，测定钻孔的瓦斯压 力或流量，然后相距一定距离补打排放孔，基于钻 孔瓦斯压力或流量变化的测定来得出钻孔瓦斯排 放半径。

上述方法耗费人力、物力、财力很大,还存在 顺层钻孔难以封孔和测定结果误差很大的问题， 导致成功率低。而突出预测指标法是通过排放孔 附近的煤层突出指标实测值情况来测定出有效排 放半径的。相比之前的2个测定方法，具有方便操 作与测量精准度高的优点。

采用突出预测指标法来确定钻孔有效影响半 径，通常的方案是在施工排放孔前、后各分段测定 一组突出预测指标数值，然后分析与研究同样深 度的煤体的指标变化幅度以确定。当煤层赋存稳 定、不存在地质构造作用的位置时，除了裸露在外 的煤壁处较小区域内，其余范围内煤层瓦斯赋存 状态基本一致，在施工钻孔排放完成后，随即测定 距排放钻孔不同测点处煤样的突出预测指标值, 即能完全体现超前排放钻孔的有效影响半径。

本次结合凤凰山煤矿16号煤层的现场实际 情况，应用突出预测指标法（钻屑瓦斯解吸指标

1防突作用机理

排放钻孔是向工作面迎头煤层打定量的措施

孔,以导致前方煤层卸压、瓦斯逸散、引起附近集 中应力与积聚区瓦斯向深处转移，即使卸压区增 大,降低集中应力和与瓦斯的压力梯度，也可以降 低和遏制突出危险性。

由于地应力影响使得排放钻孔附近煤岩形成 膨胀变形区，卸压很大程度增大透气性，大量释放 瓦斯，进而解除突出的危险性。排放钻孔半径的计 算公式为：

R^a{^CcoUP} (1-siny) ^

CcoX(p

(1)

式中为排放半径,mm;a为钻孔半径，

mm;g为原岩应力,MPa;C为内聚力,MPa;史为内 摩擦角，(。)。

由上分析可得出:此范围的大小与煤岩层、覆 岩岩性及埋藏深度密切相关，该范围普遍不大，与

排放孔直径之比在2~3之间。

邻近未卸压区煤岩透气性虽不大，而随着排 放时间的累积，也产生一定的释放瓦斯作用。从式 (1)可知,可影响区域延伸至无限范围，而现场试 验排放区域不会无限增大，存在一个极值,其与煤

Wh)按上述施工步骤来测定超前钻孔的有效影响

半径。测定地点选择在1163运输联络巷处，测试

2018年8月

Aug” 2018

林海峰凤凰山煤矿16号煤层超前钻孔排放半径考察

表1 16号煤层测定数据

孔深 1 60 此值/Pa 排放前

排放后 20从变化率绝对/Pa

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地点煤层厚度非常稳定，且不受构造作用，煤层瓦 斯赋存比较稳定。

测定的基本施工方法：(1)

在新鲜煤壁工作面中段顺着巷道方向打

相对/%

1个与顺层钻孔，孔径42 mm。在施工过程中，使用

MD-2型钻屑瓦斯解吸仪每钻至间隔1 m位置测 定1次钻孔钻屑瓦斯解吸指标数值，直至施 工至预定深度8.5 m〇

(2)

用煤矿正常施工排放孔所选的075 钻头对刚打完的测定孔进行扩孔，即作为排放孔， 孔深8.5 m〇

(3)

基于本矿工作面防突设计的规定在排放

8 h后，在煤体中与排放孔间隔0.3 m处施工1个 与排放孔呈5°夹角的检测孔，打钻过程中每隔 1 m采用MD-2型钻屑瓦斯解吸仪测定了 1组钻 孔钻屑瓦斯解吸指标此[2_3]。

测量孔与排放孔的布置如图1所示。

(b)平面1,3.观测孔;2.排放孔

图1排放半径测定钻孔布置

3观测结果分析

根据上面所述，突出预测指标参数及步骤，按

照相关要求开始测定钻屑瓦斯解吸指标值 在相应规定的位置测定出1组数据，并基于数据 计算排放前与排放后值的绝对、相对变化率， 测定数据结果及研究分析如表1所示。

2 80 403 100 804 120 1005 120 1206 140 1407 140 1408

140

140

注:绝对变化率为排放后与排放前之差;相对变化率 为绝对变化率与排放前的比值。

0 2

4 6

8 10

钻孔进尺/m

图2 16号煤层测定数据分析

综合分析表1、图2中数据可以看出，通过比 较16号煤层钻孔排放前、后的钻屑瓦斯解吸指标

不难看出，在1~4 m之前,的相对变化率 较大，大于10%，在孔深5 m处钻孔排放前后 的相对变化率较小，小于10%。因此可以判断，其 排放孔的有效排放范围位于测量孔的4~5 m之 间，即16号煤层钻孔的有效排放半径在0.649- 0.736 m 之间。

4结论

实验区域为经过区域防突措施的区域，为安

全起见，将凤凰山煤矿16号煤层075 mm超前排 放钻孔的有效影响半径定为0.7 m，作为局部防突 措施超前钻孔布置的依据。

[参考文献]

[1] 钱鸣高,石平五，许家林.矿山压力与岩层控制[M].徐

州：中国矿业大学出版社,2010.

[2] 陈金玉，孔一繁.钻屑指标法测定瓦斯有效排放半

径[J].煤,1995(6):46-48.

[3] 辛海会，曹新奇，李文光，等.超前瓦斯排放钻孔有效

排放半径的测定[J].工矿自动化，2010(2):77-79.[作者简介]

林海峰(1986-),男,工程师，毕业于辽宁工程技术大 学，长期从事矿井瓦斯灾害防治技术研究工作。

[收稿日期：2018-01-30]

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