瓦斯抽放有效影响半径及测定方案

有效抽放半径的确定预抽煤层瓦斯是防治矿井瓦斯超限和煤与瓦斯突出的重要措施，在一定程度上缓解了煤矿煤层开采的瓦斯问题，是矿井安全生产的重要保证，但如果抽放钻孔参数布置不合理，预抽时间不足等因素，将会影响煤层瓦斯预抽效果，从而起不到应有的瓦斯治理效果。

因此，正确掌握煤层瓦斯合理的预抽参数，是煤矿瓦斯抽放的关键。

瓦斯抽放参数中，主要是指不同煤层的抽放半径，而煤层抽放半径与煤层的原始瓦斯压力、瓦斯含量、透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数、抽放负压以及抽放钻孔直径等众多因素有关。

1抽放半径测算原理在本次测算原理分析中，拟采用渗流理论的方法确定钻孔的抽放有效半径。

1.1基本假设① 钻孔周围初始瓦斯压力均匀分布，为煤层原始瓦斯压力，P 0（MPa ） ② 钻孔周围煤层渗透率各向同性，其值为K （达西） ③ 瓦斯解吸过程是等温过程④ 瓦斯渗流过程质量守恒，且符合达西定律（Darcy Law ）⑤ 1.2取如图1的宽度取单位宽度在t 度为v r ρ度为：rv v r r ∂∂+)(ρρ元体的瓦斯量为：dt dr rdr r M v v r r )).((22∂++=ρπ （1 -2）在dt 时间内流出单元体的瓦斯量为：dr rr M v r ).(21ρπ= （1-3） 则在dt 时间内，单元体内的瓦斯质量的增量为：dt r dt dr rdr r M M M v v v r r r ).(2))()((212ρπρρπ-∂∂++=-=∆将上式整理并略去高阶无穷小量，得：drdt r r r M v v r r ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+∂∂=∆)(1)(2ρρπ （1-4）从瓦斯含量变化的角度看，dt 时间内单元体的瓦斯质量变化量为： dt t wrdr M ∂∂=∆)2('πρ （1-5）式中 ρ––––压力为P 时的瓦斯气体密度；r,dr ––––为单元体的半径及半径增量；v r——瓦斯径向流动的线速度；tw∂∂——单元体瓦斯含量随时间的变化率。

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。

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。

汾西矿业双柳矿瓦斯抽采半径考察方案一、为什么煤矿瓦斯抽放是降低矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的重要措施。

衡量瓦斯抽放工作优劣的二个主要指标是瓦斯抽放率和瓦斯抽放量。

提高抽放瓦斯效果的主要途径为:在瓦斯抽放时,尽可能地设法多抽瓦斯，不断扩大抽放瓦斯的范围。

同时，在提高煤层透气性上加强研究，不断改进和提高抽放工艺、系统和设备。

钻孔间距是影响瓦斯抽放效果的重要因素，钻孔间距过大，在抽放范围内容易形成抽放盲区；钻孔间距过小，容易造成人力和物力的浪费。

所以瓦斯抽放钻孔的布置应以钻孔的有效抽放半径为依据，而抽放半径的测定目前还没有一个规范的标准，如何考察测定是需要解决的主要问题。

二、是什么煤矿瓦斯抽采半径是一个随抽采时间变化的幂函数关系式，X坐标是时间（d），Y坐标是半径(m)，通常说抽采半径是指3个月的预抽期（也有说6个）。

现场测定通常采用压降法或流量法，也可采用示踪气体跟踪法。

压降法：施工几个钻孔封好孔后测定瓦斯压力，其中，预留一个孔先不施工，等其他几个瓦斯压力较稳定后再施工。

施工后封抽放，记录抽放的开始时间，观察各钻孔瓦斯压力的变化，发生突变时，认为抽放影响到了，记录抽放时间与不同钻孔的距离相对应的几组离散点，通过这些离散点拟合一个幂函数曲线，确定抽采半径。

流量法：和压降法类似，不过是封孔后每天测定钻孔的流量，等流量突然增大时表示抽放时间影响到了。

示踪气体法：一般采用FS6，一般一组施工三个钻孔，中间的充示踪气体，两边不同的间距施工抽放孔，然后每天从抽放孔内抽出一些气体，观察里面有没有示踪气体，发现有且等级较高时，认为抽放影响到了。

三、怎么办1、钻孔施工条件为保证瓦斯抽放半径测定结果的科学性、可靠性,试验区域的选择必须满足以下条件：①必须选择未进行过瓦斯抽放的原始煤层；②最好选择可以施工穿岩钻孔的区域,否则必须选择新暴露的煤巷掘进工作面；③必须保证各钻孔终孔位置距离煤层暴露点最小距离不小于10m；④必须保证在整个测试过程中测试区域不受采动影响；⑤方便接入抽放系统,并可独立测定抽放参数。

瓦斯抽放钻孔有效性抽放半径的测定方法
目前应用的钻孔瓦斯抽放影响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。

压力指标法
用压力指标来测定钻孔的有效半径的方法：首先在煤层打一排测压孔，如图l 所示( 2 、3 、4 ⋯⋯均为测压孔，d 、d ⋯⋯d 为相邻测压孔之间的距离) ；然后在测压孔上装入压力表，再将测压孔封闭严密，当压力稳定后在2号孔一侧打抽放钻孔，为1 号孔，并在1 号孔进行抽放，定期观察测压孔的瓦斯压力。

如果n( n = 2 、3 ⋯⋯n) 号测压孔以及a号测压孔之前的测压孔的压力均小于预抽瓦斯有效性指标，而。

号孔之后的测压孔的压力大于P0，那么d = d + d2 + d3+ ⋯⋯+ d a，这里的d 就是钻孔的有效抽放半径。

1
图
根据进行瓦斯含量测定同时进行的瓦斯压力测定结果显示，抽放钻孔间距三米完全符合压力指标测定钻孔有效半径控制范围，11332运输巷和回风巷所施工钻孔控制范围符合有效半径控制要求。

钻孔抽放半径测定方案为合理选择抽放钻孔的间距，确定适宜的抽放时间，在-600东翼运输大巷进行了瓦斯抽放半径的实验，特制定本方案。

一、-600东翼运输大巷的煤岩层赋存特征-600m水平延深东翼运输大巷为穿层全岩巷道，该地层为一单斜构造，地层走向35°～61°，倾向北西，平均倾角8～10°，-600m 水平东翼运输大巷按5‰上坡掘进，巷道开门点七层煤位于巷道顶板以上1.5m处，巷道掘进1160m范围内巷道将沿七层煤底板砂岩掘进，剩余740m为穿层掘进，将先后穿过粉砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、八层煤、细粒砂岩、粉砂岩、二灰、九层煤。

煤7：厚1.0米，黑色,条痕黑褐色,成分主要为亮煤,镜煤和暗煤,玻璃光泽,阶梯状断口,内生裂隙发育，属半亮型煤，中间夹含黄铁矿结核，容重1.53t/m3。

粉砂岩：厚1.3m，深灰色,薄层状，含植物根及茎部化石。

硬度系数ｆ=5。

细粒砂岩，厚度约6.0米，浅灰～灰色,夹线理状及薄层状粉砂岩,断面见叶片化石发育水平,缓波状及波状层理,成分以石英为主,长石次之,含植物化石，钙质胶结，厚层状，裂隙被方解石充填，较坚硬，硬度系数ｆ=６～７。

粉砂岩：厚度为5.5米，深灰色，含植物根化石，下部夹细砂岩薄层条带，含少量植物碎片化石，硬度系数f=3.0。

8煤：厚度0.3m。

细粒砂岩：厚度约为7.0米，浅灰-灰色，致密、坚硬，成份以石英、长石为主，暗色矿物次之，具水平层理，含炭化植物碎片化石，f=5～6.0。

粉砂岩：厚度约为7.6米，灰色,平坦,参差和贝壳状断口,有泥岩细砂岩夹层,有生物扰动构造,具水平纹理,含少量动植物碎屑化石。

f=5～6.0。

二灰：厚度2.0m，灰色,含海百合茎,珊瑚及腕足动物碎片化石,顶,底部不纯,含泥质,裂隙较发育,被方解石充填。

9煤：厚度0.3m。

二、施工设计1、施工器具：Ф89mm冲击钻头、ZQS-100B型潜孔钻机。

2、施工钻孔参数：在-600运输大巷两帮内底板以上1.2m处，施工12个穿层钻孔，每3个钻孔为一组，以穿过煤层0.5m为止。

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。