1、目 錄目 錄1一、概況21煤層賦存情況：22水文地質(zhì)情況3二、內(nèi)容與方法31、該項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容42、研究方法的主要依據(jù)：43、確定17號(hào)煤層瓦斯抽采半徑方法：4鉆孔技術(shù)參數(shù)一覽表5 三、瓦斯參數(shù)數(shù)據(jù)分析61、煤層原始瓦斯壓力分析72、直接法測(cè)定煤層瓦斯含量73、測(cè)定煤堅(jiān)固性系數(shù)74、測(cè)定瓦斯放散初速度85、有效抽采半徑與時(shí)間的關(guān)系9 四、 結(jié)論10一、概況鶴崗分公司峻德煤礦為年產(chǎn)3.00Mt的大型礦井，位于鶴崗礦區(qū)最南端，北與興安礦為鄰，南北走向長(zhǎng)5.6km，東西傾斜寬3.5km，井田面積19.60km2。開采的煤層有3、9、11、17、21、22-1、23、27-1、28、30、33-1層共1

2、1個(gè)煤層。礦井瓦斯涌出量較大，礦井總回風(fēng)量24560m3/min，通風(fēng)負(fù)壓220mmH2O，通風(fēng)等積孔為10.57m2。礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，通風(fēng)能力滿足生產(chǎn)需要。礦井采用機(jī)械通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，通風(fēng)方式為對(duì)角式，通風(fēng)方法為抽出式，井下局部通風(fēng)地點(diǎn)采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式供風(fēng)。井下采煤方法為走向長(zhǎng)壁后退式開采，全部垮落管理頂板。我礦地面永久抽采系統(tǒng)安設(shè)2BEF-50水環(huán)式真空泵兩臺(tái)，額定流量為235m3/min，電機(jī)功率315KW，KJ73A監(jiān)測(cè)系統(tǒng)齊全。其中一臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺(tái)備用，對(duì)二水平南一、二、三區(qū)及三水平進(jìn)行抽采，抽采負(fù)壓為458mmHg，抽采濃度37.1%，純流量為20.7m3/min，混合流量

3、為55.7m3/min，井下現(xiàn)安設(shè)移動(dòng)抽放泵站4處，安設(shè)移動(dòng)抽放泵 8臺(tái)，永久抽放系統(tǒng)管路總長(zhǎng)度11600m。我礦與沈陽(yáng)煤科院簽訂合同，對(duì)22-2、27-1、30層煤進(jìn)行突出煤層鑒定，22-2層在-300m標(biāo)高施工抽放鉆孔過程中有噴孔等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生，22-2層在-300m標(biāo)高以下為突出煤層。27-1為突出煤層。30層在-250m、-500m標(biāo)高發(fā)生過煤與瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，30層在-250m標(biāo)高以下為突出煤層，本礦為突出礦井。1煤層賦存情況：30號(hào)煤層：距29號(hào)煤層25-35，煤層厚3.03-5.69，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層底部有一層夾矸，為0.14-0.47的灰色粉砂巖或炭頁(yè)巖，以低灰份為主，煤種為Q

4、M。灰份14.84%18.33%,揮發(fā)份37.88%38.0%。直接頂為4-6的灰白色細(xì)砂巖，以石英、長(zhǎng)石為主,夾少量暗色礦物；老頂為20米的白色中砂巖,堅(jiān)硬,無層理；底板為8-10的灰白色中砂巖,以石英、長(zhǎng)石為主,無層理,較硬。2水文地質(zhì)情況 本區(qū)域開拓施工揭露L1、P54、P17斷層，以上斷層均為導(dǎo)水?dāng)鄬樱┕み^程中遇斷層未見出水情況，但不排除存在局部裂隙水，本區(qū)域?yàn)樾聟^(qū)開拓，水文地質(zhì)資料較少，結(jié)合物探瞬變電磁儀對(duì)本區(qū)域局部探測(cè)結(jié)果分析，本區(qū)域不存在較大水情隱患。二、內(nèi)容與方法峻德煤礦于2010年4月27日9時(shí)12分發(fā)生煤（巖）與瓦斯突出；煤（巖）與瓦斯突出地點(diǎn)是三水平中央一號(hào)水倉(cāng)巖巷掘進(jìn)

5、工作面，突出煤層為30號(hào)煤層。突出煤在35m范圍內(nèi)，平均高2m，突出煤量約380 t，突出瓦斯總量為7534 m3。峻德煤礦升級(jí)為突出礦井。突出隱患的存在不僅極大增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且隨著生產(chǎn)規(guī)模的日趨展開或開采水平的不斷延深將嚴(yán)重威脅著安全生產(chǎn)，形勢(shì)非常嚴(yán)峻。隨著礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的不斷提高，相應(yīng)的安全管理和決策工作也必將面臨更加嚴(yán)重的考驗(yàn)。首先是現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員從意識(shí)上要更加重視對(duì)突出煤層瓦斯賦存、運(yùn)移、涌出特征及煤與瓦斯突出規(guī)律的分析與掌握；其次是在此基礎(chǔ)上逐步總結(jié)出比較適合本礦井實(shí)際條件的瓦斯預(yù)測(cè)技術(shù)及其指標(biāo)體系，并力求加以應(yīng)用、推廣；最后達(dá)到跟蹤采掘進(jìn)程及時(shí)制定出有效安全措施

6、的目的。鑒于此，在鶴崗分公司領(lǐng)導(dǎo)的積極關(guān)注和支持下，由峻德煤礦通風(fēng)副總牽頭，防突辦與抽采區(qū)等相關(guān)基層單位聯(lián)合開展了“峻德煤礦30層煤穿層鉆孔瓦斯抽采半徑測(cè)定”工作。1、該項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容該項(xiàng)目主要包括以下幾方面的研究?jī)?nèi)容：1）收集與整理峻德煤礦30層煤瓦斯相關(guān)參數(shù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，包括壓力、含量、放散初速度、堅(jiān)固性系數(shù)等進(jìn)行分析。2）確定30煤層穿層鉆孔瓦斯抽采半徑。2、研究方法的主要依據(jù)：1）、煤層瓦斯含量測(cè)定方法GB/T250-09；2）、煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測(cè)定方法MTT 638-96；3）、鉆孔瓦斯放散初速度的測(cè)定方法AQ 1080-2009；4）、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)的測(cè)定方法AQT 106

7、5-08；5）、煤的堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)定方法MT49-87；6）、煤礦瓦斯抽放技術(shù)規(guī)范MTT 692-97；7）、煤的甲烷吸附量測(cè)定方法MTT 752-97；8）、煤礦安全規(guī)程；9）、防治煤與瓦斯突出規(guī)定；3、確定30號(hào)煤層瓦斯抽采半徑方法：煤層瓦斯影響抽采半徑的確定方法為：鉆孔抽采是煤體在負(fù)壓作用下的瓦斯排放，其鉆孔的瓦斯抽采量即為煤體瓦斯含量的減小量，當(dāng)鉆孔的壓力觀測(cè)參數(shù)下降10 %時(shí)，即表明該測(cè)量孔處于鉆孔的抽采影響范圍內(nèi)。煤層瓦斯有效抽采半徑的確定方法（有效性指標(biāo)）為：抽采鉆孔影響范圍內(nèi)殘余瓦斯壓力小于0.74MPa且預(yù)抽率大于30為指標(biāo)，瓦斯壓力下降超過51。鉆孔測(cè)試法以壓力指標(biāo)來測(cè)定鉆孔

8、的有效抽采半徑: 首先在煤層打一排鉆孔, 如圖 1所示 ：1、2、3、4、5、6均為測(cè)壓孔, 在 6號(hào)孔一注：曹新奇. 瓦斯抽放鉆孔有效抽放半徑的測(cè)定. 煤炭工程. 2009 （9）. 88-90側(cè)打抽放鉆孔7。鉆孔見煤點(diǎn)之間的距離為1米; 打完后在測(cè)壓孔上安裝壓力表, 再將測(cè)壓孔封閉嚴(yán)密。待測(cè)壓孔壓力表穩(wěn)定后，對(duì) 7號(hào)孔進(jìn)行抽采, 定期觀察測(cè)壓孔的瓦斯壓力。如果壓力表顯示的瓦斯壓力符合有效性指標(biāo)，則距抽采鉆孔最遠(yuǎn)有效距離就是鉆孔的有效抽采半徑。圖 1 測(cè)試鉆孔布置示意圖 地點(diǎn)在三水平北三四區(qū)-375底板抽采巷7號(hào)鉆場(chǎng)硐室布置預(yù)測(cè)抽采半徑鉆孔7個(gè)，該硐室在C9點(diǎn)后22米。對(duì)30層煤進(jìn)行瓦斯抽采

9、半徑預(yù)測(cè)。鉆孔技術(shù)參數(shù)一覽表孔 號(hào)孔 深（m）角度（º）方位（º）備 注15015105 º1437.5米見煤，見5.3米煤25015104 º4437.4米見煤，見5.2米煤35015104 º1737.3米見煤，見5.2米煤45015103 º4637.2米見煤，見5.1米煤55015103 º1637.1米見煤，見5.1米煤65015102 º4637米見煤，見5.1米煤75015101 º1737米見煤，見5米煤技術(shù)要求：1、鉆孔孔徑94，孔與孔間距為1米，開孔高度為1.6米,鉆孔個(gè)數(shù)7個(gè),按7、

10、6、5、4、3、2、1號(hào)孔依次施工。2、鉆孔必須施工在同一水平線上，施工完鉆孔后24小時(shí)內(nèi)必須立即封孔。3、封孔完畢后，上齊閥門、壓力表。待壓力表穩(wěn)定后，1號(hào)孔及時(shí)對(duì)抽。4、所有鉆孔均穿過煤層并進(jìn)入底板。封孔采用2吋鋼管作為封孔管，封孔材料采用硅酸鹽水泥，利用BFK型封孔泵封孔，封孔要采取 “兩堵一注”的方法進(jìn)行，提高封孔質(zhì)量，確保封孔嚴(yán)密。封孔長(zhǎng)度為12米。封孔后上好閥門，(閥門由鉆機(jī)隊(duì)負(fù)責(zé))封孔期間鉆機(jī)有一名班組長(zhǎng)在現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)。5、防突辦詳細(xì)記錄瓦斯抽采參數(shù)及測(cè)壓孔瓦斯壓力變化的情況。前十天要求天天觀察，以后定期觀察，并做好記錄。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后所有孔對(duì)抽。6、鉆場(chǎng)抽采管路要求安裝流量觀測(cè)孔。鉆孔

11、在預(yù)抽煤層瓦斯時(shí)，在煤層瓦斯壓力和抽采負(fù)壓的共同作用下，鉆孔周圍煤體的瓦斯不斷進(jìn)入鉆孔被抽走，形成以鉆孔為軸心的類似圓柱的抽采影響范圍，抽采影響范圍的半徑稱之為抽采影響半徑；隨著抽采時(shí)間的延長(zhǎng)，抽采影響半徑會(huì)逐漸加大，鉆孔的有效抽采半徑是指在規(guī)定的抽采時(shí)間內(nèi)鉆孔抽采瓦斯的有效影響范圍。三、瓦斯參數(shù)數(shù)據(jù)分析1、煤層原始瓦斯壓力分析瓦斯壓力是瓦斯突出預(yù)測(cè)和瓦斯涌出量預(yù)測(cè)的重要參數(shù)，是判別煤與瓦斯突出的一個(gè)有效指標(biāo)之一。其測(cè)定方法一般按照煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測(cè)定方法MTT 638-96。峻德煤礦自防突辦成立以來，積累了不少瓦斯壓力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料，特別是在三水平，每個(gè)區(qū)域都有瓦斯壓力測(cè)點(diǎn)，基本規(guī)

12、律是瓦斯壓力隨著煤層埋深的增加而增大。根據(jù)現(xiàn)有的瓦斯壓力測(cè)定資料狀況及以往的生產(chǎn)實(shí)踐和科研活動(dòng)結(jié)論綜合分析，本次研究確定：最大壓力為0.78Mpa.進(jìn)一步豐富了用于30層煤瓦斯壓力分布規(guī)律及預(yù)測(cè)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。壓力觀測(cè)表格見附表12、直接法測(cè)定煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量是煤層瓦斯主要參數(shù)之一，它是礦井瓦斯涌出和煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的主要依據(jù)。直接法測(cè)定煤層瓦斯含量的相關(guān)工作由防突辦自行完成，采集的煤樣裝入煤樣罐密封解吸，井下現(xiàn)場(chǎng)解吸，然后進(jìn)行地面解吸，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤層的瓦斯殘存量。測(cè)得含量為10.35m3/t 。3、測(cè)定煤堅(jiān)固性系數(shù)煤的堅(jiān)固性系數(shù)是一個(gè)反映煤體抵抗外力作用能力的綜合指標(biāo)，它取決

13、于煤的組成成分、煤級(jí)、煤體結(jié)構(gòu)等。這種方法是建立在脆性材料破碎遵循破碎材料面積力能學(xué)說的基礎(chǔ)上形成的，即“脆性材料被破碎時(shí)所消耗的功與其所增加的表面積的n次方（一般n=1）成正比。根據(jù)這一原理，目前通常采用落錘法進(jìn)行煤堅(jiān)固性系數(shù)的測(cè)定，并按下式計(jì)算：式中：煤的堅(jiān)固性系數(shù)； 落錘次數(shù)（對(duì)于、類煤n=5；對(duì)于、類煤n=3）； 5份煤樣粉末總高度，mm。在瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究與瓦斯突出預(yù)測(cè)中，f值是一個(gè)有效指標(biāo)，它定量地反映了煤體結(jié)構(gòu)和煤體強(qiáng)度。f值越大，煤體結(jié)構(gòu)相對(duì)越完整，突出危險(xiǎn)性越小；反之突出危險(xiǎn)性越大。該地點(diǎn)f值：0.35。4、測(cè)定瓦斯放散初速度瓦斯放散初速度定量地反映了瓦斯從煤體解吸、運(yùn)移出來

14、的快慢程度。一般情況下煤體結(jié)構(gòu)越不完整，瓦斯放散初速度越高，瓦斯突出危險(xiǎn)性也越大。不同地帶f值與分布的差異性也充分反映煤與瓦斯突出區(qū)域分布的非均質(zhì)性和可區(qū)劃性。該地點(diǎn)值：10。隨著采掘深度的增加，由于有些保護(hù)層不可采，使具有開采保護(hù)層條件的突出礦井越來越少，同時(shí)礦井的突出危險(xiǎn)性日益嚴(yán)重。峻德煤礦防止煤與瓦斯突出的局部措施目前是以預(yù)抽煤層瓦斯為主。有效抽放半徑是該措施的一個(gè)重要參數(shù)，直接關(guān)系到預(yù)抽鉆孔密度和預(yù)抽時(shí)間的長(zhǎng)短。因此，確定鉆孔的有效抽放半徑對(duì)正確設(shè)計(jì)抽放鉆孔方法、數(shù)目以及抽放效果都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了確定合理的鉆孔間距，應(yīng)首先知道鉆孔的有效抽放半徑。鉆孔的有效抽放半徑是指在規(guī)定的抽

15、放時(shí)間內(nèi)鉆孔抽放瓦斯的有效影響范圍。可根據(jù)不同抽放時(shí)間的影響距離和鉆孔的不同瓦斯壓力情況下的瓦斯抽放量確定抽放鉆孔合理間距。而鉆孔間距選擇的合理性，對(duì)提高煤層的瓦斯抽放率是有作用的。由于每個(gè)鉆孔在某一流動(dòng)時(shí)間內(nèi)都有自己控制的一個(gè)瓦斯流場(chǎng)，所以只有在流動(dòng)場(chǎng)內(nèi)相互不受干擾時(shí)增加鉆孔密度，才能經(jīng)濟(jì)有效的提高煤層瓦斯抽放量。最佳鉆孔間距與鉆孔流動(dòng)場(chǎng)的控制范圍有關(guān)。對(duì)于低透氣性煤層，每個(gè)鉆孔所控制的瓦斯流動(dòng)場(chǎng)的范圍是很小的，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，流動(dòng)場(chǎng)的擴(kuò)展范圍也很小，在這種情況下，縮小鉆孔間距對(duì)提高瓦斯抽放率效果較顯著而且當(dāng)鉆孔密度達(dá)到一定程度時(shí)，對(duì)煤層還能起到增加卸壓作用。煤層是孔隙裂隙介質(zhì)，其中充滿微小

16、的孔隙。實(shí)際上，當(dāng)石門或鉆孔揭穿煤層時(shí)，煤層中瓦斯的流動(dòng)是不穩(wěn)定的，這種不穩(wěn)定流動(dòng)需經(jīng)過一定時(shí)間后才能趨于穩(wěn)定。煤層瓦斯抽采參數(shù)確定的依據(jù)，最重要的就是煤層瓦斯的原始?jí)毫εc原始含量。5、有效抽采半徑與時(shí)間的關(guān)系有效抽采半徑是指在規(guī)定的抽采時(shí)間內(nèi)，在該半徑范圍內(nèi)瓦斯壓力或者瓦斯含量降到安全指標(biāo)值以下。鉆孔間距應(yīng)小于或等于鉆孔有效抽采半徑的2倍。鉆孔的抽采半徑是抽采瓦斯時(shí)間、最大瓦斯壓力和煤層透氣性系數(shù)的函數(shù)。在不同的抽采時(shí)間時(shí)鉆孔周圍瓦斯壓力越來越接近原始瓦斯壓力值；隨著抽采時(shí)間的增加，抽采半徑也逐漸擴(kuò)大，但是抽采半徑增大的速度越來越小；到達(dá)某一臨界時(shí)間時(shí)，抽采半徑已經(jīng)接近極限值，此后，再延長(zhǎng)抽

17、采時(shí)間是無意義的。圖2 30煤層抽采半徑壓力變化曲線由圖2可以看出：2號(hào)孔抽采20天（6月20日）后壓力下降超過51，30號(hào)煤層抽采20天的抽采半徑是1米，3號(hào)孔抽采76天（8月15日）后壓力下降超過51，30號(hào)煤層抽采76天的抽采半徑是2米，4號(hào)孔抽采91天（8月30日）后壓力下降超過51，30號(hào)煤層抽采91天的抽采半徑是3米，其他號(hào)孔壓力沒有達(dá)到有效抽采半徑的確定方法。由圖上可以得出30號(hào)煤層抽采91天的抽采半徑是3米。隨著抽采時(shí)間的延長(zhǎng)，瓦斯抽采壓力的變化率逐漸減小，但在條件允許(如生產(chǎn)接替不緊張和抽采系統(tǒng)有足夠的冗余)時(shí)，用延長(zhǎng)抽采時(shí)間的方法來提高瓦斯抽采率還是合算的。圖3 30煤層抽采半徑壓力變化曲線由圖3可以看出：5號(hào)孔抽采124天（10月18日）后壓力下降超過51，30號(hào)煤層抽采124天的抽采半徑是4米，6號(hào)孔抽采244天（16年2月20日）后壓力下降超過51，30號(hào)煤層抽采244天的抽采半徑是5米，由圖上可以得出30號(hào)煤層抽采244天的抽采半徑是5米。四、 結(jié)論1.煤層瓦斯含量10.35m3/t。2.