单一特厚煤层瓦斯有效抽放半径测定

采煤工作面瓦斯抽采有效半径现场测定方法摘要：为提高煤矿的安全生产水平，国家先后出台了多项政策，将瓦斯抽采工程视为生命工程、资源工程，并要求煤矿建设瓦斯抽采计量监测系统，实现温度、压力、流量、甲烷、一氧化碳等参数的监测，其中流量值的监测是瓦斯抽采达标评判和瓦斯利用的重要参数。

由于抽采管道内高尘、高湿、高负压等因素的影响，流量监测过程中存在不同类型设备或不同原理设备之间数据差异，给瓦斯抽采领域的技术人员、管理人员造成较大的困扰。

结合工作实践，梳理造成上述现象的外部原因和使用过程的一些注意事项，为瓦斯抽采管理工作提供参考。

关键词：采煤工作面；瓦斯抽采；半径现场测定方法引言2021年煤炭在我国能源消费总量中占比56.0%，与往年相比，煤炭的生产和消费比重虽有所降低，但其在我国能源结构中仍然占据着主导地位，对我国未来的经济发展仍将发挥重要的作用。

随着我国煤矿开采深度的增加，地质条件日趋复杂，煤矿灾害事故的发生几率也在增加。

与其他煤矿事故相比，瓦斯事故一直是煤矿井下危险程度最大、死亡比例最高的事故类型之一，对于瓦斯事故的遏制不容轻视。

我国一直坚持“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的瓦斯治理原则，瓦斯抽采是预防瓦斯事故的重要方法之一，而瓦斯抽采效果受到众多因素的影响。

1现场应用背景目前，瓦斯抽采流量监测的有孔板、涡街、Ｖ锥、均速管、皮托管等技术。

孔板流量传感器永久性压损大、量程比小、节流件边缘易磨损，造成流出系数变化且拆装保养麻烦，主要用于人工监测以及与在线式流量传感器的数据对比；以威力巴为代表的均速管型流量传感器通过测量一条线上多个测点的流速，实现流量的监测，该传感器以量程比大、压损小、测量准确、结构简单、维护方便等优点受到工程技术人员的欢迎，市场占比约７０％，但均速管型流量传感器需要客户订购不同管径规格的设备；以皮托管、涡街、循环自激式等为代表的点式流量传感器有类似优点，市场占比约２５％，客户只需采购一种规格的流量传感器，备品备件管理简单；瓦斯抽放便携仪主要实现抽采管道内温度、压力、流量等参数的监测，采用皮托管获取前后两侧的差压值，并与温度、压力、环境大气压等参数进行流量计算。

煤层瓦斯有效排放半径的测定
一、测定时所需材料
1、JN-1型胶囊封孔器4套；
2、0.025m3/h湿式煤气表4台，秒表4块；
3、施工4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、在工作面迎头煤壁布置4个测量孔，孔径42mm，孔深12m，平行布置，
距超前排放钻孔的中心分别为0.5m、1.0m、1.5m、1.8m。

各孔保持水
平、平行、无交叉。

2、各测量孔进行封孔，封孔时应保证测量室长度为1米；
3、封孔后，立即用湿式煤气表测量钻孔瓦斯流量，并每隔10分钟测定一
次，最后一个测量孔测定次数不得小于5次；
4、在1#预测孔的右边距0.5m处，打一个超前排放钻孔，直径113mm，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流量变化；
5、超前钻孔打完后，每隔10分钟测定各测量孔的瓦斯涌出量，绘出各测
量孔的瓦斯涌出量变化图；
6、如果连续3次测定测量孔的瓦斯流量都比打超前孔前增大10%，即表明
该测量孔处于超前钻孔的有效排放半径内，符合本条文的最远距离即为
超前排放钻孔的有效排放半径。

三、测定地点选择
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。

目录目录 (1)一、概况 (2)1煤层赋存情况： (2)2水文地质情况 (3)二、内容与方法 (3)1、该项目研究内容 (4)2、研究方法的主要依据： (4)3、确定17号煤层瓦斯抽采半径方法： (4)钻孔技术参数一览表.......... 错误！未定义书签。

三、瓦斯参数数据分析 (6)1、煤层原始瓦斯压力分析 (6)2、直接法测定煤层瓦斯含量 (7)3、测定煤坚固性系数 (7)4、测定瓦斯放散初速度 (8)5、有效抽采半径与时间的关系 (9)四、结论 (10)一、概况鹤岗分公司峻德煤矿为年产3.00Mt的大型矿井，位于鹤岗矿区最南端，北与兴安矿为邻，南北走向长5.6km，东西倾斜宽3.5km，井田面积19.60km2。

开采的煤层有3、9、11、17、21、22-1、23、27-1、28、30、33-1层共11个煤层。

矿井瓦斯涌出量较大，矿井总回风量24560m3/min，通风负压220mmH2O，通风等积孔为10.57m2。

矿井通风系统稳定可靠，通风能力满足生产需要。

矿井采用机械通风机通风，通风方式为对角式，通风方法为抽出式，井下局部通风地点采用局部通风机压入式供风。

井下采煤方法为走向长壁后退式开采，全部垮落管理顶板。

我矿地面永久抽采系统安设2BEF-50水环式真空泵两台，额定流量为235m3/min，电机功率315KW，KJ73A监测系统齐全。

其中一台正常运转，一台备用，对二水平南一、二、三区及三水平进行抽采，抽采负压为458mmHg，抽采浓度37.1%，纯流量为20.7m3/min，混合流量为55.7m3/min，井下现安设移动抽放泵站4处，安设移动抽放泵 8台，永久抽放系统管路总长度11600m。

我矿与沈阳煤科院签订合同，对22-2、27-1、30层煤进行突出煤层鉴定，22-2层在-300m标高施工抽放钻孔过程中有喷孔等瓦斯动力现象发生，22-2层在-300m标高以下为突出煤层。

27-1为突出煤层。

瓦斯抽放效果检验检查制度1. 简介瓦斯抽放是矿井和地下工程中常见的安全措施之一，用于排除矿井或地下工程中积聚的可燃、有毒瓦斯，以降低爆炸和中毒的风险。

为了确保瓦斯抽放的有效性和操作的安全性，制定瓦斯抽放效果检验检查制度是必要的。

2. 目的瓦斯抽放效果检验检查制度的目的在于： - 评估瓦斯抽放的效果，确认其是否符合安全要求； - 检查瓦斯抽放设备和防护措施的操作情况，发现潜在的问题和隐患； - 提供操作人员指导和监督，保证瓦斯抽放工作的按规定进行。

3. 检验检查内容瓦斯抽放效果检验检查制度应包括以下内容：3.1 瓦斯抽放效果检验•定期测量瓦斯抽放前后的瓦斯浓度，评估抽放效果；•根据瓦斯抽放效果评估结果，及时调整瓦斯抽放量，确保瓦斯浓度符合安全标准；•检查瓦斯抽放设备的运行状况，保证其正常工作。

3.2 瓦斯抽放设备检查•定期检查瓦斯抽放设备的工作状态，包括抽放管道、阀门、压力表等；•检查设备是否存在泄漏、堵塞等问题，并及时修复；•校准瓦斯抽放设备上的测量仪器，确保准确性和可靠性。

3.3 防护措施检查•检查瓦斯抽放区域的通风设备是否正常运行，保证空气流通；•检查防护栏、安全标识等安全设施的完好性；•检查操作人员的防护装备是否规范使用。

4. 检验检查频率瓦斯抽放效果检验检查的频率应根据具体情况确定，一般包括以下方面考虑： - 矿井或地下工程瓦斯抽放的频率和量级； - 瓦斯抽放设备的运行稳定性和可靠性； - 瓦斯抽放工地的作业环境和风险等级。

一般来说，可以进行以下频率的检验检查： - 每日检查瓦斯抽放设备的工作状态和效果； - 每周检查防护措施的使用情况； - 每月或季度进行一次全面检查和维护。

5. 检查报告和记录每次检验检查应生成检查报告和记录，包括以下内容： - 检查日期、时间和地点； - 检查人员和参与人员名单； - 瓦斯抽放效果测量结果； - 瓦斯抽放设备和防护措施的检查情况； - 发现的问题和隐患； - 整改要求和措施； - 检查报告的签署和审核。

钻孔瓦斯抽放半径测试方案1.测试钻孔施工在11采区对二1煤层施工某一直径大小的（钻孔直径取平时抽放用直径大小最佳）3-5个顺煤层钻孔（也可从岩巷向煤层施工）并及时封孔，连接抽放管路合茬抽放后，对抽放钻孔流量和瓦斯浓度数据进行连续考察。

2．钻孔瓦斯抽放半径大小分析计算根据煤层瓦斯流动理论可知，当流动性质为非稳态时，钻孔瓦斯流量随着时间的延长呈衰减规律而变化。

钻孔瓦斯流量的变化规律基本上符合负指数方程即：0()t q t q e α-= （1）式中 ()q t —百米钻孔瓦斯流量，)100/(min 3m m ⋅；0q —钻孔的初始瓦斯流量，3/min m ；α—钻孔瓦斯流量衰减系数，d -1。

2.1瓦斯抽放钻孔布置间距理论方程式建立根据钻孔瓦斯流量衰减规律方程式（1），推算经t 天时间内单孔抽放的瓦斯总量为：01440()100t c O lq t dt =⎰ （2）式中 c O —经t 天时间单孔抽放的瓦斯总量，3m ；()q t —百米钻孔经t 日排放时的瓦斯流量，)100/(min 3m m ⋅；l —钻孔长度，m ；t —抽放时间，d 。

而钻孔单孔控制范围内煤体瓦斯储量H Q 为：H Q MlHW ρ= （3）式中 ρ—煤的密度，3/m t ；M —煤层平均厚度，m ；H —钻孔间距，m ；W —煤层原始瓦斯含量，t m /3。

则经t 天时间瓦斯抽出率η应为：01440()100tc H q t dt O Q MHW ηρ==⎰ （4） 即，以抽出率作为指标，确定钻孔布置间距的理论方程式为：014.4()tq t dt H MW ρη=⎰ （5）式中 η—瓦斯预抽率，%；其它符号意义同上。

由公式（5）即可计算求得在规定的瓦斯预抽率和抽放时间下钻孔最佳的布置间距即可求得钻孔瓦斯抽放半径。

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。

11采区16号煤层抽采半径测定实施方案2020年10月26日方案审核意见11采区16号煤层抽采半径测定实施方案为了准确测定出11采区16#煤层瓦斯抽采半径，为抽采钻孔设计提供科学依据，结合我矿实际情况，特制定本方案。

一、成立瓦斯抽采半径测定工作领导小组组长：*****副组长：*****组员：****领导小组办公室设在通防管理部，**任办公室主任，负责协调钻孔施工、封孔、测压及日常资料的收集、整理、分析、总结等相关工作，并组织编制抽采半径测定报告。

二、抽采半径测试区域16号煤层情况16号煤层为黑灰色，块状，金属光泽，半亮型无烟煤，煤层走向为255°〜263°,倾向为345°〜353°,倾角22°〜38°,平均30°,煤层破坏类型为II〜III,平均厚度1.8m,最大埋深130m。

直接顶为黑灰色含植物碳化碎片的砂质泥岩，直接底通常为黑色泥岩或灰色黏土岩。

16号煤层上距15号煤层法线距离13m,下距17号煤层法线距离6m。

2013年4月，重庆煤科院对肥田煤矿11采区M16瓦斯基本参数进行测定，并出具《***11采区M16煤层瓦斯基本参数测定及煤层突出危险性鉴定报告》，鉴定结论为M16煤层在井田范围内具有煤与瓦斯突出危险性，实测16号煤层的瓦斯参数如下：11采区16号煤层瓦斯吸附常数及工业分析指标等实验室参数测定结果表11采区16号煤层瓦斯参数测定成果表三、测定方法目前应用的钻孔瓦斯有效抽采半径的测试方法主要有钻孔测试法和计算机模拟法及二者相结合的方法。

在有效性指标的确定上，钻孔测试法国内外采用的指标主要有以下三种：瓦斯压力指标、瓦斯含量指标、相对瓦斯压力指标。

计算机模拟法主要应用的指标有含量指标和压力指标。

本次选择钻孔测定法中相对瓦斯压力指标及瓦斯含量现场测定11采区16号煤层抽采瓦斯半径。

(1)相对压力指标法的理论依据压力指标法的理论依据为：预抽煤层瓦斯后，必须对预抽瓦斯防治突出效果进行检验，其检验的指标之一是煤层瓦斯预抽率大于30%(若是突出矿井要满足瓦斯含量小于8m3/t),即抽采后的瓦斯含量小于抽采前的30%以上。

单一高突厚煤层底板抽放巷穿层钻孔抽采技术标准单一高突厚煤层底板抽放巷穿层钻孔抽采技术标准1.2层位选择底抽巷布置在距煤层底板15-25m岩层内。

应避开含水层、破碎岩层、较厚泥质岩层以及应力异常区，选择在坚硬、稳定、地质条件优越的岩层内。

1.3断面规格与支护井巷设计断面应不低于10m2，若兼作运输、通风或其它用途的可适当增大，一般应采用3.6m（宽）×3.8m （高）半圆拱巷道。

支护方式可根据矿压大小与抽采时间而定，满足打钻抽放即可。

2抽放钻场标准底抽巷开口掘进10m 后，沿巷道掘进方向在下帮布置抽放钻场，钻场与底抽巷呈垂直关系布置，钻场间距20m，深度4m，断面略小于底抽巷断面，一般应采用3.4m（宽）×3.2m（高）半圆拱巷道，满足打钻需要为标准。

钻场的布置应避免受采动影响，避开地质构造带，便于维护，利于封孔，保证抽放效果。

3钻孔设计标准3.1布孔原则钻孔在整个预抽区域内均匀布置，并穿透煤层全厚进入顶板0.5m；以实测有效抽放半径、抽采时间为基础合理布置钻孔数量、终孔间距；孔径94mm，以提高抽采瓦斯浓度。

3.2设计方案穿层钻孔设计分前期和后期两步进行。

3.2.1前期设计主要是为掩护煤巷掘进防突服务。

利用每隔20m掘进的抽放钻场打钻对工作面下顺槽周围煤层瓦斯进行条带区域预抽。

钻孔数量视抽放半径而定，钻孔控制到巷道轮廓线外上帮26m、下帮16m范围。

如图1和图2所示。

3.2.2后期设计主要是为回采防突服务。

待底抽巷系统形成、岩巷队伍退出后，在底抽巷内每隔10m布置一个顶板扇形抽放区，钻孔沿煤层倾斜方向呈扇形布置，终孔间距以抽放半径2倍为准，对整个工作面煤层瓦斯进行区域预抽，可有效解决工作面中下部瓦斯较难抽放的问题。

如图3和图4所示。

3.3设计要求应以采掘工程平面图为基础进行设计，设计中还应明确钻孔开孔位置、设计深度、方位、倾角、孔径等参数，由平面图、剖面图、断面图和参数表组成。