瓦斯排放钻孔有效排放半径的考察

超前钻孔有效排放半径的测定方法1超前钻孔的防突机理在沿煤层打的钻孔周围出现塑性带，在塑性带内煤层应力和瓦斯含量严重下降。

在钻孔周围形成的非弹性变形带具有应力减小的特征（图1）。

由于在钻孔周围煤体应力减小，煤层透气性增加，煤层瓦斯自然排放，导致其突出危险性消除。

在钻孔周围，由于卸压和排放突出危险性消除的煤层区段长度，称为钻孔有效作用半径。

塑性带之后为煤层弹性变形带。

2超前钻孔措施参数有：钻孔直径d、深度L、钻孔有效作用半径（卸压和排放作用半径）R、钻孔最小超前距L、钻孔之间的距离a。

min根据我国《防治煤与瓦斯突出细则》第70条，超前钻孔直径应根据煤层赋存条件和突出情况确定，一般为75~120mm，地质条件变化剧烈地带也可以采用直径42mm的钻孔。

若超前钻孔直径超过120mm时，必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施。

钻孔深度没有限制，但在打新一茬钻孔时最小超前距应不小于5m，而钻孔之间的距离不应超过2R。

3 超前钻孔有效排放半径的测定方法目前常用的钻孔有效排放半径的测定方法有三种：①瓦斯压力降低法；②钻孔瓦斯流量法；③工作面点预测预报法。

本次测定采用钻孔瓦斯流量法。

钻孔瓦斯流量法测定步骤如下：（1）沿工作面软分层打4个相互平行的测量钻孔，孔径42mm，孔长7m，测量钻孔的布置方式如图2所示；图2 钻孔布置图1、2、3、4——测量钻孔；5——排放钻孔（2）每个测量钻孔打钻结束后，立即封孔，测量室长度为1m。

聚氨脂封孔长度应不小于1m。

封孔后立即测量瓦斯涌出速度，以后每隔5min测量一次瓦斯涌出速度，每一测量钻孔测定次数不得少于5次；（3）最后所打测量钻孔的瓦斯涌出速度测量不小于5次后，按图2所示位置施工1个与测量钻孔平行的超前钻孔，其直径75mm，深度8m。

在打超前钻孔过程中，继续测定所有测量钻孔的瓦斯涌出速度，其间隔不大于5min，并记录此时所打超前钻孔的深度；（4）超前钻孔打完后，每隔5min测定各测量钻孔的瓦斯涌出速度；（5）打完超前钻孔后测定2h；（6）绘制出各测量孔的瓦斯涌出量变化图；（7）当距所打钻孔最远的测量钻孔，与其瓦斯涌出速度升高前的最后值相比，3次测量均增大10％以上时，取所打钻孔与该测量钻孔间的距离作为有效作用半径值。

引 言
表 ２超前钻孔有效排放半径测定记 录表
钻孔 编号 ２ ＃ ３ ＃ ４ ＃ ５ ＃ 距考察孔距离 （ ｍ ） ０ ． ４ ０ ． ７ Ｄ ． ９ ｌ ＿ １ 时间 （ ｍ ｉ ｎ ） 流量 ‘ ｌ（ Ｌ ／ ｎ ｔ ｉ ｎ ）
０ ２ ． ２ ３ Ｌ ９ｌ ｎ ｌ ０ ７ ２ ． ４ ９
科 技 创 新
２ ０ １ ３ 年 第１ 期Ｉ 科技创新与应用
超前钻 孔有效排放半径 的测定技术应用
闵 瑞
（ 冀 中能 源邯矿集 团聚隆矿业公 司， 河北 邯郸 ０ ５ ６ ３ ０ １ ） 摘 要： 施工超 前瓦斯排放钻孔是 消除煤层突 出危 险的有效途径 ， 而有效排放半径是指 导超前钻孔 设计 的依据 。运用瓦斯流量 法 测定 超 前钻 孔 有 效排 放 半 径 ， 为防 治煤 与 瓦斯 突 出 ， 优 化 超前 钻 孔 布 置 ， 提 供 了科 学依 据 。 关键词 ： 瓦斯 突出； 超前钻孔 ； 有效排放半径
１ ２ ０ １ ３ ０
１ ４ ０
ｌ ５ ０ ｌ 印 １ ７ ０ １ ８ ０
２ ． １ ２ １ ． ９ ９ ） ＿ ０ ７ ２ ． ２ ５ 考察孔 １ ． ７ ６ １ ． ８ ７ ｒ 】 ＿ １ ４ ２ ． ３ ０ 施工后
１ ． ８ ５ １ ． ６ ５ ： 【９ ７ ２ ． ０ ８
４ ‘ 施工 措施 孔
５ ｔ ｔ ຫໍສະໝຸດ 前平均流量 １ ． ８ 垦
１ ． ９ ２
９ ８
２ ． ４ ｌ
具体测定步骤为 ： 首先确定 １ ＃考 察 孔 位 置 ， 用ｄ Ｐ ４ ２ ｍ ｍ 钻 头 开 孔， 孔深 ｌ ｍ。然后依次施工 ２ ＃ 、 ３ ＃ 、 ４ ＃ 、 ５ ＃测量孔 ， 孔径 ＠ ４ ２ ｍ ｍ， 孔

参数 是不合 理 的 。 近年 来 ，国 内外 学者 在煤 层瓦 斯 别 为 ：
流动 理论研 究方 面进 行 了深入 的研 究 ， 逐步 建立 和
完善 了综合 考虑 含 瓦斯煤 的吸 附应 力 、 孔 隙压力 以
ｎ （ １ ＋ｐＩ Ｐ Ｌ ）
（ １ ）
ｍ
及应 力作用 下 的瓦斯 渗流 理论 模型［ ７ － １ ０ 】 ；同时 ，随 着计 算机解 算 算法 的优化 和提 高 ， 理论 计算 得到 的 瓦斯 抽采 有效 影响 半径 的可信 度大 大提 高 。 本文 基
２ ． １变形 场控 制方 程 煤 体对 瓦斯表 现 出较 强 的吸 附作用 ， 并产 生吸
附膨 胀应 力 ，导致煤 体 的受力 分布 发生 变化 。含吸
附瓦斯 煤 体 的吸 附 膨胀 应变 和 应 力计 算 公 式【 ｌ ｌ Ｊ 分
Ｖ Ｌ ｐｓ ＲＴ ｌ
Ｅｓ ｗ —
…
径， 并 以此 设计 抽采钻 孔数 目、间距和 抽采 负压 等
斯 抽采 设计 中显得 尤 为重要 。目前 ， 有 效影 响半径
斯流场 的变化 ， 同时确 定 了不 同预 抽 期 内瓦斯抽 采
的测 定方法 主要 分为 现场测 定和 理论 计算 两类 。 前 钻孔 的有 效影 响半径 ， 为钻 孔参 数 的合 理设 计和 布 者 虽然 准确 度高 ，但 具有测 定 周期长 ，工 程量 大 ， 置提供 了理论参 考 依据 。
Ｄ ０ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ６ ３ ９ ６ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ９ ． ０ １ ０
１ 前言
煤矿 瓦斯 抽采 能够 有效 降低 瓦斯压 力 、 防止 瓦

ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ．Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｇ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｌ ｏ ｗ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｆ ｏ ２ 一Ｉ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｎ ｌ ，
ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｆ ｅ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｂ ｌ ｉ ｎ ｄ ｓ ｐ ｏ ｔ ｓ ，ｂ ｕ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｃ ａ ｎ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｕ ｎ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ ｈ ｕ ｍａ ｎ ，ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｌ ａ ｎｄ ａ ｉ ｆ ｎ ｎｃ ａ ｉ ｌ ａ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｔ ｏ
中图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ４ ０ ３ ． ７ ； Ｔ Ｄ ７ １ ２
文献标 志码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ７ ） ｌ ２— ０ １ ４ ３— ０ ４
在突出矿井采 掘过程 中 ， 利用 底抽巷 施工穿 预抽瓦斯防治突 出效果进行检验 ， 其检 验的指标 层钻孔预抽煤层瓦斯 是最有效的方法之一 ， 能够 之一是煤层瓦斯预抽率大 于 ３ ０ ％， 即抽放后的瓦 有效减少瓦斯涌出量 ， 缩小瓦斯爆炸可能性 ， 防治 斯含 量 比抽放 前 的瓦斯 含量 下降 了 ３ ０ ％ 以上。 煤 与瓦斯突出灾害【 １ Ｊ 。合理确定钻孔有效抽采半 Ａ Ｑ １ ０ ２ ６— ２ ０ ｏ ６ （ 煤矿瓦斯抽采基本指标》 要求， 在 径基 本参 数 ， 对 于 实 现 矿 井 瓦 斯 抽 采 达 标 具 有 重 没 有考 察 出 煤 层 始 突 深 度 的 煤 层 瓦 斯 含 量 或 压 要意 义 。钻 孔 间 距 过 大 ， 在 抽 采 目标 区域 出现 无 力 ， 必 须将煤层瓦斯含量 降到 ８ ｍ ／ ｔ以下 。根 据 负压带 ， 埋下瓦斯隐患 ； 钻孔间距小于合理范 围， ２ ０ １ ４ 年 ７月 ２ ９日河南省人 民政府印发的《 河南省 容 易造成 大量 的 人 力和 物 力 的过 度 投 入 。针 对 普 强化煤矿安全生产暂行规定》 ， 矿井所采煤层瓦斯 遍具有高瓦斯 、 低透气性 、 吸附性高等特征 的二 １ 压 力大 于 ０ ． ６ ＭＰ ａ或 瓦 斯 含 量 大 于 ６ Ｍ ／ ｔ 时， 必 煤层 ， 本文提 出了基 于瓦斯含量的相对瓦斯压 力 须采取保护层 开采 或底 （ 顶） 板岩巷 预抽煤层 瓦 指标 法 。 斯， 严禁采 用局 部防突 措施 替代 区域 防突 措施 。 １ 钻 孔 瓦斯 抽采 半径 判定 方 法 残余 瓦斯压力及含量降到 ０ ． ６ Ｍ Ｐ ａ 和６ Ｍ ／ ｔ 以下 煤层瓦斯抽 采半径是指在允许 的时间 内， 通 后 ， 方可 进入 煤层 进行 采 掘作业 。 过施工瓦斯抽采钻孔进行抽采 ， 使煤层瓦斯压 力 依据《 煤矿瓦斯 抽采达标 暂行 规定》 中规定 ， 下降到安全容许值 ， 抽采 钻孔中心点距瓦斯压 力 结合 二 ｌ煤 层 吸 附 性 较 强 的特 征 ， 瓦 斯 含 量 与 瓦 下 降合 格 边 界 的 数 值 。原 始 煤 体 内施 工 抽 放 钻 斯压力之 问采用以下函数关系 ： 孔． ， 在煤层瓦斯压力和钻孔抽放负压的作用下 ， 钻 墨 ： ￡ ± ！ ： １ ２ — １ ０ ０ － Ａ — ａ － Ｍ ￣ － ＋ ！ ： ！ ： １ ２ ｌ ＋ｂ （ Ｐ ｃ ｒ ＋Ｏ 一 ） １ ０ ０ １ 十Ｏ ． ３ ｌ ｙ 孔周围一定范 围内的煤体开始解 吸， 吸附态瓦斯 （ １ ） 转变 为游离态 瓦斯 ， 通过煤体裂 隙通道运移至抽 ｗ 一残余瓦斯含量 ， ｍ ／ ｔ ； 放钻孔 中， 经 抽采 管道排 出。使 其钻孔周围附近 式中： ａ ， ｂ 一吸附常数 ； 处的煤体瓦斯含量降低 、 压力下降。 Ｐ 一 煤 层残余 相 对瓦 斯压 力 ， Ｍ Ｐ ａ ； 目前常 用 的钻孔 抽 采 影 响半 径 测 定 方法 有 钻 Ｐ 。 — 标 准大气 压 力 ， ０ ． １ Ｏ １ ３ ２ ５ ＭＰ ａ ； 孔测 试 法 、 计算机 模 拟法 及 气 体 示踪 法 等 ， 钻 孔 测试法采用的指标主要有 ： 瓦斯压力指标 、 瓦斯含 Ａ ｄ 一煤的灰分 ， ％； 量指标和相对瓦斯压力指标 ｊ Ｏ建业煤矿主采的 Ｍ ｄ 一煤 的水分 ， ％； 煤 的孔 隙率 ， ％ ； 二 １煤层 具 有 瓦 斯 含 量 大 、 透 气 性 差 和 吸 附 能 力 强等 特 点 ， 因此 ， 本 次 试验 采 用相对 压 力指标 法 。 － ｙ 一煤的容重（ 假密度 ） ， ｔ ／ ｍ 。 相对压力指标 法的理 论依据为《 煤矿 安全规 可以看出 ， 抽放 前后瓦斯含量降低 的比例和 程》 第一百九十条规 定 ： 预抽煤层 瓦斯后 ， 必须对 瓦 斯压 力降 低 的比例 也 是 存 在正 相 关 关 系 。如 果

第2期东北煤炭技术N o .21996年4月 Coal Technol ogy of N ortheast China A p r .1996排放钻孔有效半径的简易确定方法淮南矿业学院　卢　平 摘　要　建立了排放钻孔周围煤体瓦斯流动的数学模型,探讨其数值解,并在此基础上分析了钻孔瓦斯涌出规律,提出了根据钻孔瓦斯流量测定简易确定钻孔有效排放半径的方法。

关键词　突出危险煤层　排放钻孔　有效排放半径Abstract T he paper introduces the dis po sal p rocess of s pontaneous com busti on of the re 2m a m ed coal in the goaf of coal face 23040in Gaozhuang coal m ine of p ing ding shan M ine Bu 2reau ,and then analyses the key techn ique ,s pecific m easures ,and its effect of p reven ting s ponta 2neous com busti on of re m ained coal in the goaf of the m ine .Keywords goaf ,coal s pon taneous com busti on ,air leakage ,igniti on s ource 在煤与瓦斯突出矿井中,防止煤与瓦斯突出的局部措施目前仍以排放钻孔为主。

确定钻孔的有效排放半径对正确设计排放钻孔方法、数目具有重要的现实意义,目前现场排放钻孔有效半径确定方法主要有两种:压力法和流量法。

压力法需要在煤层中打测压钻孔,周期长、工程量大且成功率低。

流量法(《防突细则》介绍使用的方法)是在工作面软分层内不同间距打几个流量测量孔(直径42mm ),并测定这些钻孔瓦斯涌出量随时间的变化规律。

收稿日期2019-05-21作者简介 高俊奇（1973-），男，本科，2013年毕业于中北大学安全工程专业，通安工程师，从事通风与安全工作。

屯兰煤矿超前排放钻孔有效排放半径的研究高俊奇（西山煤电屯兰矿通风区，山西 古交 030206）摘 要为了解决屯兰煤矿防突措施中超前排放钻孔孔径选取和钻孔布置的问题，根据钻孔瓦斯涌出量与排放时间的关系，测定钻孔瓦斯涌出量变化率以确定超前钻孔的有效排放半径。

结果表明：屯兰煤矿2#、4#、8#和9#煤煤层超前钻孔的有效排放半径分别为0.5m 、1m 、0.5m 、0.5m ，为屯兰煤矿超前排放钻孔的设计提供了依据，提高了防突措施效果。

关键词瓦斯涌出量 排放钻孔布置 有效排放半径中图分类号 TD712+.6 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2019.11.038Study on Effective Discharge Radius of Advance Drill Hole in Tunlan Coal MineGao Jun-qi(Ventilation Area of Tunlan Coal Mine, Xishan Coal and Electricity Group, Shanxi Gujiao 030206)Abstract : In order to select borehole diameter and design borehole layout for outburst prevention in Tunlan Coal Mine, according to the relationship between gas emission and drainage time, the change rate of borehole gas emission was measured to determine the effective drainage radius of the advance borehole. The results show that the effective discharge radius of advance boreholes in No.2, No.4, No.8 and No.9 coal seams of Tunlan Coal Mine are 0.5m, 1m, 0.5m and 0.5m respectively. It provides a basis for the design of advance discharge boreholes in Tunlan Coal Mine and improves the outburst prevention effect.Key words : gas emission quantity arrangement of discharge boreholes effective discharge radius屯兰矿为煤与瓦斯突出矿井，随着煤矿开采深度的增加，瓦斯压力、地应力也在增大，煤与瓦斯突出危险也就随之加大。

瓦斯排放钻孔有效半径的测定方法（防突细则规定）1．超前钻孔有效排放半径测定方法使用钻孔流量法测定超前钻孔有效排放半径的步骤如下：1)沿工作面软分层打3～5个相互平行的测量钻孔，孔径42mm，孔长5—7m，间距0．3—0．5m；2)对各测量孔进行封孔，封孔时应保证测量室长度为(0.2—0.5m)，钻孔密封后，立即测量钻孔瓦斯涌出量，并每隔2-10min测定1次，每一测量孔测定次数不得少于5次；3)在距最边缘测量孔钻孔中心0．5m处，打—个平行于测量孔的超前钻孔(直径是待考察超前钻孔有效排放半径的钻孔直径)，在打超前钻孔过程中，记录钻孔长度、时间和各测量孔中的瓦斯涌出量变化；4)超前钻孔完后，每隔2～10min测定各测量孔的瓦斯涌出量；5)打完超前钻孔后测定2h；6)绘制出各测量孔的瓦斯涌出量变化图；7)如果连续3次测定测量孔的瓦斯涌出量都比打超前钻孔前增大l0％，即表明该测量孔处于超前钻孔的有效排放半径之内。

符合本条文本项中上述的测量孔距排放钻孔的最远距离，即为超前钻孔的有效排放半径。

2．其他防突措施参数的测定法正确选用各种防突措施施工参数是提高措施安全可靠性的首要条件。

过去因测定复杂，通常根据经验确定，因而影响了防突措施的防突效果。

用钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标法测定防突措施的施工参数(即超前排放钻孔和深孔松动爆破防突措施有效半径的测定)，是一种经济、省时省力的好办法。

在没有执行过防突措施的有突出危险的采掘工作面，在其软分层中先打一个考察孔，测量每米的钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标、钻孔瓦斯涌出初速度。

钻孔长8～10m，孔径φ42mm，然后进行扩孔排放或直接装药后松动爆破。

按施工要求，确定排放时间，当到达时间后，在该孔附近的软分层中打一与此孔有一定角度的测试孔，测量其每米的钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标、钻孔瓦斯涌出初速度。

将两个钻孔同一深度范围内所测到的数据和两点之间的间距进行分析，当其小于临界指标值的时，相应两点之最大间距时，确定为该措施的有效影响半径。

5 瓦斯排放钻孔有效排放半径的考察目前，煤巷掘进工作面防治煤与瓦斯突出措施有：大直径钻孔、超前钻孔、松动爆破、前探支架、水力冲孔等措施。

其中以超前钻孔防突措施工艺最简单，对工人无特殊技术要求，工人易于接受，且无需专用设备，成本低。

因此，这种防突措施在现场得到了广泛采用。

十三矿严格执行“四位一体”防突措施，采用φ89 mm的超前排放钻孔，超前钻孔有效排放半径待确定。

5.1 现行测定瓦斯排放钻孔有效排放半径方法目前，超前瓦斯排放钻孔有效排放半径的常用测定方法有：①瓦斯压力降低法；②钻孔瓦斯流量法；③钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标法。

5.1.1 钻孔瓦斯压力降低法和流量法钻孔瓦斯压力法和测量钻孔瓦斯涌出量法钻孔布置见图5-1。

其测定步骤如下：（1）沿工作面软分层打3~5个相互平行的测量孔，孔径42 mm，孔长5~7 m，间距0. 3~0. 5 m；（2）对各测量孔进行封孔，封孔长度不得小于2 m；（3）钻孔密封后，立即测量钻孔瓦斯压力或瓦斯涌出量；（4）在距最近的测量孔边缘0. 5m处，打一平行于测量孔的排放瓦斯钻孔，观察排放钻孔到达测压或测涌出量位置后，煤体中瓦斯压力的变化，或各测量孔中的瓦斯涌出量变化，以确定排放钻孔的有效排放半径。

图5-1 压力降低法和流量法测定有效排放半径的钻孔布置图由上述测定步骤知，钻孔瓦斯压力法和测量钻孔瓦斯涌出量法工程量大，工艺复杂繁琐，存在下列缺点：（1）在软分层中打3~5个孔径为42 mm的测量孔，在打钻过程中，软分层中的瓦斯就会得到一定的排放（测量孔也有排放作用），破坏了煤层原始条件。

再在测量孔旁边0. 5 m处打排放孔，实际上是在测量孔排放瓦斯后，测定排放孔的有效排放半径，由此测出的结果与实际情况偏差较大。

（2）在软分层中封孔困难，采用胶囊封孔器封孔，因胶囊长度短，钻孔周围卸压圈的裂缝和裂隙会漏出一部分瓦斯，因而测出的瓦斯涌出量不准。

测定瓦斯压力对封孔要求更高，在煤层中（特别是在软分层中）测定瓦斯压力非常困难。

0000煤钻孔瓦斯排放半径测试一、排放半径测试方法与测定钻孔布置用钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标法测定排放钻孔有效半径，是一种经济、省时省力的好办法。

该方法既适用于无限流场下的单孔排放瓦斯条件，也适用于有限流场下的多排钻孔或网格式密集钻孔排放瓦斯条件。

本次测定地点选择在：82运输上山煤帮。

测定钻孔布置如图1-1所示。

二、测定方法与步骤①在没有执行过防突措施的采掘工作面，在其软分层中先打一考察孔，测量每米钻孔的钻屑量S值和钻屑瓦斯解吸特征指标K1值。

钻孔长度10m，孔径42mm。

②预测钻孔测试结束后，在此孔内扩孔打排放钻孔，将其扩至待考察排放钻孔的直径。

③打完（扩孔）排放钻孔后，让其排放一段时间，一般为 2.5h（据研究钻孔有效排放时间为2-3h），使排放钻孔周围的瓦斯得到充分排放。

④到时间后，在该排放孔附近（0.3～0.5m）的软分层中打一个与排放孔成一定角度（3～6°）的测试孔，测量其每米钻孔的钻屑量S值与钻屑瓦斯吸特征k1值。

⑤将同一深度的两个钻孔（预测孔与测试孔）所测得的数据及两测点之间的距离进行分析，即可得出排放钻孔有效排放半径。

2009年01月15日对82煤进行了钻孔瓦斯排放半径测试工作。

本次测定考察了钻孔直径为Φ89mm的有效排放半径，测定地点选择在：82运输上山煤帮。

预测孔和测试孔采用风煤钻施工，孔径为Φ42mm；Φ89mm的排放钻孔采用ZT－40型防突钻机施工.所有钻孔深度均为10m，预测孔和测试孔开孔间距0.4m，夹角为6°。

3214新开拓煤巷AAA-A图1-1 钻屑指标法测定有效瓦斯排放半径钻孔布置图 1—预测孔；2—测试孔；3—排放瓦斯孔；4—软分层三、钻孔瓦斯排放半径测定结果82煤Φ89mm 排放钻孔的有效排放半径测定结果数据见表1-1和图1-2及图1-3。

表1-1 排放半径现场数据考察表根据表1-1和图1-2分析可知：当钻孔钻进深度至8.2m时，测试钻孔钻屑量变化曲线与预测钻孔钻屑量变化曲线出现分离且测试钻孔钻屑量值由大于预测钻孔钻屑量值变化为小于该值，因此，可以判定钻孔钻进深度至8.2m 时，所计算得到的排放半径R排＝(8.2sin3+0.2)×2=1.26m，即为82煤Φ89mm 排放钻孔的有效排放半径。

薛村矿大煤煤巷掘进工作面瓦斯排放孔排放效果考察报告审批：总工程师：瓦斯科：通风区：考察单位：考察人：薛村矿大煤煤巷掘进工作面瓦斯排放孔排放效果考察报告一、矿井防突概况：1、矿井开采概况：冀中能源峰峰集团薛村矿井田位于峰峰矿区大社镇境内。

矿井开拓方式为立井及暗斜井多水平开拓方式。

矿井共有3个开采水平，分别是+30m、-120m、-280m 水平。

目前生产地区集中在-280水平。

地面标高为：+234.8m，开采深度为：494.8~544.8m。

薛村矿井田内有10层煤，目前，我矿主采煤层为2#（大煤）和4#（野青煤）层煤。

2、矿井生产能力、通风能力核定情况：原设计生产能力为90万吨/年，97年改扩建后矿井设计能力为135万吨/年，2006年矿井核定生产能力145万吨，2009年矿井通风核定能力169万吨，核定风量14548m3/min。

2009年产煤138万吨。

3、瓦斯等级、突出敏感指标及临界值鉴定情况：2007年瓦斯鉴定结果为：绝对瓦斯涌出量51.874m3/min，相对瓦斯涌出量为25.538m3/t。

经煤科总院抚顺分院鉴定，薛村矿瓦斯等级为：煤与瓦斯突出矿井，2#煤层为突出煤层。

但-280水平及以上2#煤层，经抚顺煤科院区域突出危险性鉴定为无突出危险性，但为保证安全生产，我矿仍按突出煤层进行管理。

经抚顺煤科院合作，对矿井的突出敏感指标和临界值进行了鉴定，突出敏感指标是煤层瓦斯解吸指标∆h2，突出临界值∆h2=190Pa（∆h2=150Pa湿煤），当∆h2≥190Pa（∆h2≥150Pa湿煤）为有突出危险性，严格执行局部防突措施。

4、区域性防突措施：1）开采保护层：凡具备保护层开采条件的，必须先充分开采下保护层，在开采保护层时充分开采。

利用保护层巷道施工布置穿层钻孔，抽采被保护层的泄压瓦斯。

2）穿层条带预抽防突：利用保护层巷道或其他的巷道，施工穿层条带预抽钻孔，对未保护区域的突出煤层进行穿层条带预抽防突，保证未保护区域掘进安全。

钻孔抽放瓦斯有效半径测定方案
钻孔在预抽煤层瓦斯时，在煤层瓦斯压力和孔底负压的共同作用下，钻孔周围煤体的瓦斯不断进入钻孔被抽走，形成以钻孔中线为轴心的类似圆形的抽放影响圈，抽放影响圈的半径称之为抽放影响半径；随着抽放时间的延长，抽放影响半径会逐渐加大，直到煤层瓦斯压力与孔底负压之差不足以克服深部煤体瓦斯运移到钻孔的阻力时为止。

在钻孔抽放影响圈内，煤体的瓦斯压力会不断降低；在抽放钻孔周边不同距离地点布置孔口密封的测试钻孔，通过测定测试钻孔内瓦斯压力的变化，即可确定钻孔的抽放影响半径。

1 测定地点选择
钻孔抽放瓦斯影响半径测定地点选在新鲜暴露无泄压煤壁的巷道。

要求：煤壁必须新鲜暴露无泄压。

2 钻孔布置
如图1所示。

图1 测试孔和预抽孔布置示意图
3 测定方法
（1）依次施工#1、#2、#3和#4孔，终孔一个封一个，然后再钻进另一个，采用聚氨酯或水泥砂浆封孔，封孔深度7m，施工钻孔过程中记录开孔时间、终孔时间、开始封孔时间和封孔完成时间；
（2）待封孔材料凝固后关闭阀门，确保不漏气，测定并记录各测试孔压力变化情况；
（3）对测试孔测定1～2天后，把预抽孔联网进行预抽；
（4）预抽孔开始抽放后，继续观测#1、#2、#3和#4孔气体压力，测定并绘
出各测量钻孔的瓦斯压力变化曲线；
（5）如果某一个钻孔连续三次测定的瓦斯压力都比预抽前降低10％以上，表明该测试孔处于抽放钻孔的有效半径之内，符合该条件的测试孔距抽放钻孔最远距离即为抽放钻孔的有效半径。

煤层瓦斯有效排放半径的测定一、测定时所需材料1、测定钻屑量时用编织袋、弹簧秤，用于测定S值；2、WTC瓦斯突出参数测定仪3台，机械秒表3块，用于测定K1值；3、施工1个孔径42mm的预测孔所需钻机、钻杆（12m）、钻头；施工1个孔径113mm的超前排放钻孔所需钻机、钻杆（12m）、钻头。

二、有效排放半径的实际测定方法1、测定过程(1)在没有执行过任何防突措施的采掘工作面，在其软分层中先打一个考察孔(孔1)，测量每米的钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标，钻孔深10～12m，钻孔直径为42mm。

(2)测试结束后，将钻孔扩大到排放钻孔的设计直径（113mm），进行扩孔排放。

(3)按施工要求，确定排放时间。

当到达时间后，在该钻孔附近的软分层中打一与此孔有一定角度的测试孔(孔2)，孔深10～12m，钻孔直径为42mm，测定其每米的钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标。

(4)将2个钻孔同一深度范围内所测到的数据和两点的间距进行分析，当其小于临界指标值时，相应两点的最大间距确定为排放钻孔的有效排放半径。

2、钻孔布置参数设计(1)钻孔参数。

超前钻孔：深12m，直径113mm；测试钻孔：深12m，直径42mm。

(2)钻孔布置参数。

钻孔布置方式及钻孔布置参数如附图1所示。

在设计时，钻孔开口之间的距离按2.0m，钻孔夹角9.5度。

3、判断准则将2个钻孔同一深度处所测定的指标进行比较，如果自某一深度处开始向钻孔深处，2孔各点所测定的指标均小于1孔同一深度的指标时，该深度对应的钻孔之间的距离就称为超前钻孔有效排放半径。

附图1：钻孔布置方式及钻孔布置参数图1 排放半径钻孔布置方式及布置参数三、测定地点大致地点：新掘钻场内，钻场位置请矿上制订，要避开构造，煤层赋存稳定，没有采取抽放等区域性措施的地方，钻场要求满足钻机作业，深度为5m。

四、测定时间每次测定时间为一个小班（8点到16点）。

五、测定数据记录见附表（见下页）。

附表：测定数据记录表。

山 西 焦 煤 科 技
方法 为走 向（ 倾向） 长壁后退式 ， 采 用轻 型综 采 ， 一 次 采全高 ， 全部 垮 落法 管理 顶板 。 １ 钻 孔有 效抽 采 半径 的定 义及 其 指标 的确 定 煤 层瓦 斯抽 采 钻 孔 有 效 抽 采 半 径 是 指 在规 定 时
瓦斯 压 力 降 低 法 的 原 理 是 煤 层 瓦 斯 压 力 与 钻￣ Ｌ Ｚ Ｐ Ｌ 底 负 压 差 克 服 远 处 煤 体 瓦 斯 运 移 至 钻 孔 的
键 措施 ， 钻 孔 布置 间 距 是 煤 层 瓦斯 抽 采设 计 的关 键 ，
有效 抽 采半 径是 钻 孔 布 置 间距 的依 据 。钻 孔 间距 过
小， 易 发生 串孔 现象 ， 并 增 加安 全成 本 ， 加剧 采 掘接 替 紧 张 的局 面 ； 钻孑 Ｌ 间距 过 大 ， 则 会形 成抽 采 盲 区 ， 易 于 引 发煤 矿 安全 事 故 … ．因 此 ， 通 过 科 学 的方 法 ， 确 定
第 ９期
２ ０ １ ６年 ９月
山 西 焦 煤 科 技
Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｃｏ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｎｏ． ９ Ｓ ｅ ｐ． ２０１ ６
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专题 综述・
基于瓦斯储量法测定钻孔有效抽采半径
王 国 飞
间 内 以抽采 钻 孔为 中心 ， 此 半径 范 围 内的煤 层 瓦斯压 力 或 瓦斯含 量 降到 安全 容许 范 围 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６— ０ ６— ３ ０ 作者简 介： 王国飞（ １ ９ ８ ５ 一） ， 男， 山西定襄人 ， ２ ０ １ ２年 毕业 于 太 原 理 工 大 学 ， 工程师 ， 主 要 从 事 瓦斯 防 治 突 出管 理 工 作 （ Ｅ—ｍａ ｉ ｌ ） １ ９ ０ ２ ８ ９ １ ７ １ １ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ

瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法研究发布时间：2021-06-28T17:24:01.823Z 来源：《基层建设》2021年第6期作者：刘宜军[导读] 摘要：瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理和资源利用的根本性措施之一，而钻孔布置是瓦斯抽采的首要工作。

安徽省阜阳市 236221摘要：瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理和资源利用的根本性措施之一，而钻孔布置是瓦斯抽采的首要工作。

对于顺层钻孔而言，瓦斯抽采有效半径（以下简称“有效半径”）是确定钻孔布置间距的基础参数和重要依据，其准确测定对于节省钻孔施工工程量、提高瓦斯抽采效率乃至最终实现瓦斯抽采达标至关重要。

关键词：瓦斯抽采；有效抽采半径；目前，我国煤矿安全生产得到了长足发展，煤矿安全形势也进一步好转，瓦斯事故也得到了进一步抑制，但瓦斯灾害依然严重，瓦斯问题仍然是威胁煤矿安全生产的重要因素。

实践证明，解决瓦斯问题最有效的方法就是预抽煤层瓦斯，瓦斯抽采钻孔的合理布置及抽采时间又是预抽煤层瓦斯的关键，这将直接影响煤层瓦斯抽采的效果，进而影响整个矿井的安全生产[1]。

钻孔间距太小，则会出现“串孔”现象，降低瓦斯抽采效率，浪费大量的人力、物力；钻孔间距太大，则会在两抽采钻孔之间形成抽采盲区，无法彻底消除煤层的突出危险性。

另外，抽采有效半径也是对煤层瓦斯抽采效果进行评价的必要依据，抽采时间过长，造成物力的浪费；抽采时间过短，达不到消突的目的。

因此，确定钻孔瓦斯抽采有效半径对于提高瓦斯抽采效率、保证煤矿安全生产具有重要的现实意义。

1 钻孔抽采半径的定义与界定指标1.1 抽采半径的定义抽采半径按用途可分为：抽采影响半径和有效影响半径。

抽采影响半径是指在规定的时间内原始瓦斯压力开始下降的测试点到抽采钻孔中心的距离。

有效抽采半径是指在规定时间内以抽采钻孔为中心，该半径范围内的瓦斯压力或含量降到安全容许值的范围。

钻孔的有效抽采半径是抽采时间、瓦斯压力、煤层透气性系数的函数，另外还与煤层原始瓦斯压力、吸附性能、抽采负压有关。

层单排孔条件下。 （2）在有限流场条件下，按瓦斯压力测定钻
孔排放瓦斯有效半径。在多排钻孔或网格式密集 钻孔排放瓦斯条件下，排放瓦斯区内的瓦斯流动 场属于有限流场，这时测定钻孔的排放半径布孔 如图 1 所示。在石门断面向煤层打一个穿层测压 孔或在煤巷打一个顺层测压孔，测出准确的瓦斯 压力后，再在测压孔周围由远而近打数排钻孔，即 在距测压孔较远处先打一排排放钻孔 （至少 4 个），它们位于同一半径圆上，然后观察瓦斯压力 变化。若影响甚小，再在距测压孔较近的半径上再 打一排排放钻孔 （至少 4 个） 再观察瓦斯压力变 化。在规定排放瓦斯期限内，能将测压孔的瓦斯压 力降低到容许限值的那排钻孔距测压孔的距离就 是排放瓦斯有效半径。中国矿业大学俞启香教授 曾用这种方法在天府矿务局磨心坡矿 +110 m 水平 测得直径 75 mm 的排放钻孔的有效半径为 1.2 m。
2009 年第 4 期
3 现场应用
3.1 瓦斯排放钻孔的设计原则 《防治煤与瓦斯突出细则》第 62 条石门防治
突出对排放钻孔的要求是：在煤层透气性较好、并 有足够的排放时间时可采用钻孔排放措施; 排放 钻孔应控制到石门周界外 3~5 m 的煤层内; 排放 钻孔的直径为 75~100 mm，钻孔间距根据实测的 有效半径而定，一般孔底间距不大于 2 m；在排放 钻孔的控制范围内，如果预测指标降到突出临界 值以下，措施有效。《煤矿瓦斯抽采基本指标》 （AQ- 1026- 2006）第 4.1 条规定“石门（井筒）揭煤 工作面控制范围应根据煤层的实际突出危险程度 确定，但必须控制到巷道轮廓线外 8 m 以上（煤层 倾角大于 8°时，底部或下帮 5 m）。钻孔必须穿透 煤层的顶（底）板 0.5 m 以上。若不能穿透煤层全 厚，必须控制到工作面前方 15 m 以上”。 3.2 瓦斯排放钻孔的设计

煤矿超前排放瓦斯钻孔有效排放半径的考察研究作者：黄文争来源：《中国科技博览》2015年第20期[摘要]通过对矿井布置预测孔的考察分析研究，确定了矿井超前排放瓦斯钻孔有效排放半径，从而科学合理地布置超前排放瓦斯钻孔。

经在矿井2503煤巷掘进工作面按上述确定的有效排放半径0.70m布置超前排放瓦斯钻孔实际观察，能有效排放工作面前头瓦斯，有效防止工作面突出动力现象，确保了矿井安全生产。

[关键词]瓦斯排放；超前钻孔；有效排放半径；钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标；煤矿中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0028-02前言瓦斯事故是我国煤矿的主要灾害事故类型。

我们结合矿井实际情况，通过在2601综放工作面主巷对两组相邻预测孔的考察，对矿井排放瓦斯钻孔有效排放半径进行了研究。

1 矿井概况磁县六合工业有限公司（简称六合公司）位于河北省磁县观台镇境内。

矿井只开采山西组2号煤层。

矿井开拓方式为斜井多水平上下山开采，现生产水平为-270m水平，布置有25、26两个采区。

2014年矿井核定生产能力为85万t/a，2014年矿井核定通风能力为91万t/a。

2013年8月，河北省煤炭工业安全管理局以“冀煤安管[2013]69号”文件批复：“峰峰集团磁县六合工业有限公司开采的2#煤层为煤与瓦斯突出危险性煤层，矿井为煤与瓦斯突出矿井”。

2601综放工作面位于矿井西翼26采区，其倾斜上方为2600工作面及2305工作面采空区，倾斜下方为2602工作面采空区，南部为井田边界保护煤柱，北部为26采区下山保护煤柱，可采储量40.3万t。

相应的地表为丘陵和农田。

2 超前排放瓦斯钻孔排放半径考察2.1 考察钻孔测定方案在井下没有执行过防突措施的有突出危险的采掘工作面，在煤层软分层中先打一个预测孔，测量每m钻孔的钻屑量和钻屑瓦斯解吸特征Δh2值。

钻孔长10m左右，孔径42mm。

预测结束后，在此孔内扩孔，将其扩至待考察排放孔的孔径大小。

㊀㊀收稿日期:２０１９－０５－０６㊀㊀作者简介:王文柱(１９６８－)ꎬ男ꎬ河北张家口市人ꎬ工程师ꎬ现任山西寿阳段王煤业集团有限公司段王煤矿通风矿长ꎮ基于钻屑指标法的瓦斯排放半径测定王文柱(山西寿阳段王煤业集团有限公司ꎬ山西晋中０４５４００)㊀㊀摘㊀要:通过对比３种排放钻孔有效半径测定方法ꎬ确定了钻屑指标法ꎬ并在１５号煤层二水平采区下山延伸区域集中皮带巷进行现场实验ꎬ分析得出该煤层排放钻孔的有效半径ꎮ关键词:排放钻孔ꎻ钻屑指标法ꎻ钻屑量ꎻ有效排放半径中图分类号:Ｆ４０６.３ꎻＴＤ７１２㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀文章编号:１００８－０１５５(２０１９)０９－０１４２－０２排放钻孔是煤矿掘进和回采工作面一种重要的瓦斯治理方法ꎬ是应用广泛的局部防突措施ꎬ并且有利于减小落煤过程中瓦斯的不均衡涌出ꎬ降低回风流瓦斯浓度ꎬ也是保证工作面安全生产的重要措施之一ꎮ排放钻孔有效半径测定常用方法有钻孔瓦斯压力下降法㊁钻孔瓦斯流量法㊁钻屑指标法等ꎮ钻孔瓦斯压力下降法和钻孔瓦斯流量法是通过施工多个平行钻孔ꎬ通过观测瓦斯压力或流量大小的变化程度最终确定钻孔的排放半径ꎬ但工作量大㊁耗时长且成功率低ꎮ钻屑指标法的测定工艺简单㊁数据测定效率高且准确ꎬ故在试验矿井选择钻屑指标法测定１５号煤层排放半径ꎮ１试验矿井概况山西寿阳段王煤业集团有限公司位于山西省晋中市寿阳县西北部ꎬ设计生产能力３.００Ｍｔ/ａꎬ２０１８年度矿井绝对瓦斯涌出量６２.０８ｍ３/ｍｉｎꎬ相对瓦斯涌出量８.５６ｍ３/ｔꎬ为高瓦斯矿井ꎮ１５号煤层位于太原组下段上部ꎬ属贫瘦煤ꎬ煤层赋存稳定ꎬ呈半亮型ꎬ亮煤为主ꎬ呈块状ꎮ该区域煤层厚度３.７８ｍ~４.７５ｍꎬ平均４.３１ｍꎬ倾角４ʎ~１１ʎꎬ平均７ʎꎮ２钻屑指标法原理用考察孔的指标检验排放钻孔的有效影响范围ꎮ排放钻孔经过一定时间的排放后ꎬ在其周围一定范围内形成一个卸压圈ꎬ卸压圈内的地应力大大降低ꎬ煤层的透气性增加ꎬ瓦斯也得到进一步释放ꎬ从而使超前排放钻孔周围形成一个影响圈ꎮ影响圈的最大范围即为此排放钻孔的排放半径ꎮ３现场测试结果分析３.１测试地点选择在二水平采区下山延伸区域集中皮带巷开口向里６００ｍ处新鲜暴露的煤壁上布置钻孔进行测试ꎮ３.２测试方法(１)在所选测点煤层软分层中施工１个孔深１０ｍ㊁直径４２ｍｍ的考察钻孔ꎬ测量并记录其每ｍ的钻屑指标ꎮ(２)将考察钻孔直径扩大到７５ｍｍ并排放８ｈꎮ(３)８ｈ后ꎬ在距离该孔３ｍ的软分层中施工１个与排放孔夹角呈１７ʎ的检验孔(如图１所示)ꎬ测量并记录其每ｍ的钻屑指标ꎮ(４)分析两孔在相同深度范围内的实测数据以及两孔之间的距离ꎮ当小于临界指标值时ꎬ确定两点之间的最大距离为排放孔的有效排放半径ꎮ图１㊀检验孔布置图３.３测试结果分析根据１５－１号测点数据进行分析ꎬ钻屑量和钻屑解吸指标随排放半径的不同测试数据如表１所示ꎬ变化曲线如图２~图４所示ꎮ２４１表１㊀１５－１号测点排放半径测定数据图２㊀钻屑量随排放半径变化曲线图３㊀Δｈ２随排放半径变化曲线图４㊀Ｋ１值随排放半径变化曲线根据表１和图２~图４分析可知ꎬ当钻孔深度达到７ｍ~１０ｍ时ꎬ排放后测试钻孔的钻屑量Ｓ和钻屑解吸指标Δｈ２和Ｋ１值均小于排放前的测试钻孔数据ꎮ当钻孔深度为７ｍ时ꎬ排放半径为０.９２ｍꎬ钻屑量Ｓ㊁钻屑解吸指标Δｈ２和Ｋ１值分别下降了１３.６％㊁１６.７％和２１.４％ꎬ此处的钻孔排放半径为０.９２ｍꎬ即为１５号煤层采用Φ７５ｍｍ排放钻孔的有效排放半径ꎮ４结论基于钻屑指标法对１５号煤层的排放半径进行考察ꎬ通过对现场测定数据进行对比分析ꎬ当１５号煤层采用直径>７５ｍｍ的钻孔作为排放钻孔时ꎬ取０.９２ｍ作为有效排放半径ꎮ参考文献:[１]武磊ꎬ等.基于瓦斯流动理论的超前钻孔有效排放半径研究[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ(２):６４－６６.[２]王海东ꎬ路丽刚.贵石沟井１５＃煤层瓦斯超前钻孔排放半径测定技术研究[Ｊ].华北科技学院学报ꎬ２０１８ꎬ(１５):２１－２６.[３]辛海会ꎬ等.超前瓦斯排放钻孔有效排放半径的测定[Ｊ].工矿自动化ꎬ２０１０ꎬ(２):７７－７９.[４]孙波ꎬ等.钻孔瓦斯排放半径的简易测定方法[Ａ].２０１６年全国煤矿安全学术年会论文集[Ｃ].２０１６.[５]贾全敏ꎬ刘洋.两种排放半径测定法在 三软 低透气性突出煤层中的应用[Ｊ].矿业安全与环保ꎬ２０１２ꎬ(２):４７－４９.[６]路学燊ꎬ郭献林.瓦斯钻孔排放半径测定方法的探讨和优化[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１１ꎬ(１２):６５－６８.(责任编辑:陈文明)３４１。