摘要：针对成庄煤矿3#层四盘区大采高工作面瓦斯突出，对矿井安全生产构成严重威胁等问题，通过对按照不同孔径布置的普通顺层长钻孔的瓦斯预抽试验效果比较，确定了3#煤层普通长钻孔预抽方案，为瓦斯治理提供了有效措施,提高抽采效率。工作面瓦斯预抽效果达到预期目标。

　　关键词：高瓦斯矿井；顺层长钻孔；预抽

　　0引言

　　高瓦斯矿井的瓦斯抽采效率，是影响矿井的安全高效生产的主要问题[1-2]。成庄煤矿为了寻找治理本煤层瓦斯的措施，对3#煤层进行普通钻机长钻孔，按钻孔间距布置进行瓦斯预抽试验,分析瓦斯预抽情况,确定合理抽放参数,为矿井安全高效生产提供有力保障[3]。

　　1矿井概况

　　成庄煤矿主采3#煤层，井田内地层平缓，井田北西倾向为单斜构造，3#煤层构造总体为—走向北北东，煤层倾角3°~12°,一般不超8°。矿井采用斜井石门开拓，按一个水平开采，即640水平。井下3#煤层四盘区的瓦斯压力测定值最大为0.69 MPa，四盘区原始瓦斯含量为8.97～15.62 m3/t，平均12.30 m3/t；二盘区原始瓦斯含量为10.32～13.27 m3/t，平均11.80 m3/t，属于高瓦斯矿井。

　　四盘区盘区大巷以北，5303和5305工作面以南，4312工作面以西，4316工作面以东。4316工作面未形成、5303工作面和4312工作面已回采结束。巷道揭露陷落及探测结果显示：在工作面切眼以南1 786.5 m处发育陷落柱X134，在工作面内长轴67 m，短轴65m。对工作面回采影响较大。

　　2试验钻孔的布置及预抽效果

　　4314综采放顶煤工作面共三条巷道，43141巷为主要进风巷，43143巷为辅助进风巷，43142巷为回风巷。在43141巷、43143巷布置DN350瓦斯抽放管路一路，用于4314工作面瓦斯抽放，在43142巷安装抽放2路瓦斯抽放管路，其中一路DN350瓦斯抽放管路用于回采期间采空区顶板钻孔瓦斯抽放，一趟DN600抽放管路回采期间作为采空区管路抽放。

　　2.1试验钻孔的布置

　　普通钻机试验地点位于工作面切眼区域。按照钻孔间距1、2、3、5 m，共布置钻孔140个，平均孔长130 m。

　　2.2钻孔封孔

　　预抽试验封孔长度大于8 m，封孔材料为聚氨脂，采用矿用阻燃抗静电聚乙烯塑料管做为预抽钻孔封孔管。

　　2.3瓦斯预抽试验效果

　　2.3.1钻孔抽采特征参数随时间变化关系[4]

　　为了检测钻孔预抽瓦斯效果,根据（t，qc，t）数组按式（1）回归分析求得：

　　qc，t=qc0e-βt.（1）
　　式中：qc0为100 m钻孔初始瓦斯抽放量，m3/（min·hm）；qc，t为抽放时间t下每100 m钻孔平均瓦斯抽放量，m3/（min·hm）；β为钻孔瓦斯抽放量衰减系数，d-1；t为钻孔组平均瓦斯抽放时间，d。

　　对式（1）积分，可以得到式（2）任意时间t内钻孔瓦斯抽放总量Qc，t：

　　Qc，t=Qc，j（1-e-βt）.（2）
　　式中：Qc，t为时间t内钻孔瓦斯抽放总量，m3；Qc，j为t→∞时钻孔极限瓦斯抽放量，m3。

　　随着抽采时间的延长普通钻机长钻孔百米钻孔流量呈指数型衰减，并且受钻孔间距的疏密影响。具体表现在：

　　1）不同钻孔间距有不同的瓦斯流量衰减系数，在预抽3~5个月后，抽采钻孔间距为1m的瓦斯抽放量衰减系数为0.007 d-1，抽采钻孔间距2 m为0.010 9 d-1、抽采钻孔间距3 m为0.023 9 d-1、抽采钻孔间距5 m为0.022 4 d-1，随着钻孔间距增加，抽采钻孔抽放瓦斯流量增大，最后趋于稳定。

　　2）不同钻孔间距具有不同的钻孔初始瓦斯流量，间距为1 m的钻孔百米初始流量为0.035 6 m3/（hm·min），间距为2、3、5 m的钻孔百米初始流量为0.025 8 m3/（hm·min）、0.025 4 m3/（hm·min）、0.024 4 m3/（hm·min），随着钻孔间距的增加，钻孔瓦斯流量相应减小，最后趋于稳定。

　　2.3.2不同钻孔间距抽采量随时间变化关系

　　根据普通长钻孔不同间距的百米流量变化规律考察规律，又对不同间距下的百米钻孔累积抽采量进行了分析。得出普通钻机长钻孔不同钻孔间距抽采量随时间变化模型和计算结果，并且根据数学模型绘制了不同预抽期条件下，如表1、表2所示，不同钻孔间距下的瓦斯抽采量与时间的关系，如图1所示。

　　由表1、表2、图1可知，不同间距钻孔的累计抽采量相差较大，在同样的抽放时间内，钻孔间距越小，其抽采总量越大；钻孔间距在3、5 m时，两者钻孔抽采量随时间的变化差异不是特别明显，这也说明，在煤层透气性等赋存条件，以及抽采负压等抽采条件不变的情况下，钻孔在煤层中有效影响半径并非随着预抽时间的增加而无限的扩大。

　　2.3.3不同钻孔间距不同吨煤钻孔进尺残余瓦斯含量随时间变化关系

　　为比较不同钻孔间距的预抽效果，采用100 m×150 m区域煤层设置抽采单元，煤层厚度6.57 m，煤的容重为1.4 t/m3，抽采煤体142 011 t。施工钻孔长度150 m、孔径94 mm，进行不同间距抽采效果分析。计算可得，抽采单元不同钻孔瓦斯含量降低数值，如表3、图2所示。

　　由表3、图2可知，在相同抽采单元内，抽采钻孔间距为1m、吨煤钻孔进尺密度为0.108 m/t在相同抽采时间内瓦斯含量降低幅度最大，24个月内预抽期内瓦斯含量逐步衰减为7.5 m3/t，其他三种抽采方案，在相同预抽期内，吨煤瓦斯含量减小幅度最多为1.84 m3/t，而受钻孔抽采半径有限及流量衰减幅度，钻孔抽采后期单位时间内，抽采效率更低，抽采单元钻孔间距越大越容易形成预抽空白区。

　　2.3.4不同钻孔间距相同吨煤钻孔进尺残余瓦斯含量随时间变化关系

　　以1 m为钻孔间距的布孔方式，即进尺密度为0.108 m/t为基准点，不同间距布孔，比较四种长钻孔的抽采效果如表4、图3所示。

　　从图2与图3对比可知，在吨煤进尺密度提高的基础上，同时期内，钻孔间距大抽采效果现状增强。所以，在工作面抽掘采生产衔接中，按照预留的预抽时间，确定合理的钻孔距离及密度，预抽时间短，钻孔距离及密度相应增加。

　　综上所述：成庄煤矿3#煤层，采取不同钻孔布置方式进行试验，分析瓦斯预抽效果，提高了抽采率，工作面瓦斯预抽效果达到预期，满足工作面抽掘采要求。

　　3结论

　　结合现存的煤矿瓦斯治理环节的不足之处，成庄煤矿3#层四盘区4314大采高工作面瓦斯治理及防突问题的应对措施，瓦斯预抽效果如下：

　　1）成庄煤矿3#煤层钻孔抽采吨煤瓦斯含量降低幅度同钻孔抽采密度呈正比，在相同煤层瓦斯赋存条件下，抽采长钻孔密度越大达标所需预抽时间越短；

　　2）按照试验结果判断，3#煤层瓦斯含量在10 m3/t以上的区域，进行长钻孔抽采时，钻孔间距控制在1 m内。

　　参考文献

　　[1]许国平.综采工作面瓦斯抽采技术的应用[J].山西化工，2023，43（5）：175-177.

　　[2]苏东.矿井瓦斯抽采浓度影响因素研究分析[J].山西冶金，2023，46（4）：254-256.

　　[3]曹志刚，刘俊.高瓦斯矿井顺层长钻孔施工工艺改进研究[J].山东煤炭科技，2022，40（11）：121-123.

　　[4]李宏，韩兵.本煤层预抽区域长钻孔布孔方式的确定[J].煤炭技术，2020，39（2）：74-77.