CN102116170B - 底板岩巷网格式穿层钻孔间距的测定方法 - Google Patents
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Abstract
一种底板岩巷网格式穿层钻孔间距的测定方法，通过采用测定钻孔的布置和确定网格式穿层钻孔的间距，同时多组测定钻孔的布置和采用煤层残余瓦斯压力、残余瓦斯含量双指标测定，可以准确快速的测定出在一定时间内突出煤层穿层钻孔的有效间距，以保证确定的穿层钻孔间距一方面能有效降低煤层瓦斯含量，消除其突出危险性，另一方面尽量降低了钻孔的工程量，缩短了钻孔的施工工期，进一步保证突出煤层“抽、掘、采”的平衡。其方法简单、测量速度快、测定结果准确、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于抽采煤层瓦斯的穿层钻孔间距测定方法，尤其是一种适用于煤矿生产安全的底板岩巷网格式穿层钻孔间距的测定方法。
背景技术
根据国家安全生产监督管理局于2009年8月1日颁布实施的《防治煤与瓦斯突出规定》，突出煤层的瓦斯治理要遵循“区域防突措施现行、局部防突措施补充”的原则，即对于突出煤层，需首先采用区域防突措施消除煤层的突出危险性后才能进行煤层的采掘作业，将区域防突措施放置于首要位置。目前区域防突措施包括保护层开采技术和预抽煤层瓦斯技术两种，对于单一突出煤层开采条件，只能采用预抽煤层瓦斯技术，而预抽煤层瓦斯技术中底板岩巷网格式穿层钻孔瓦斯抽采技术是最常用的一种方法。在进行瓦斯抽采设计中，网格式穿层钻孔间距是最重要的一个设计参数，该参数与煤层的透气性系数及抽采时间等有很大关系。若网格式穿层钻孔间距设计过大，抽采效果不好，在规定时间无法消除煤层的突出危险性，若间距过小，则钻孔工程量大，工期长，费用高，抽采接替困难。因此，在进行瓦斯抽采设计时，必须选择合理的穿层钻孔间距。而穿层钻孔间距由钻孔的瓦斯抽采半径决定，穿层钻孔间距一般为2倍的钻孔瓦斯抽采半径。目前采用的穿层钻孔瓦斯抽采半径测定方法的钻孔布置如图1所示，首先施工一个穿层压力孔来测定煤层原始瓦斯压力，待测出瓦斯压力值后，再在压力孔周围由远而近施工多圈瓦斯抽采孔，即在距压力孔外围先施工一圈至少4个钻孔，它们位于同一半径R上，然后通过压力孔观察瓦斯压力的变化。若压力变化较小，需要在已施工瓦斯抽采孔的内侧一定距离再施工一圈至少4个瓦斯抽采孔，再观察瓦斯压力变化，若压力变化还小，缩小压力孔与瓦斯抽采孔之间的距离R，继续施工瓦斯抽采孔。若在规定的预抽时间内，能将压力孔的瓦斯压力值降低到临界值的瓦斯抽采孔距压力孔的距离R就是瓦斯抽采孔的有效抽采半径。这种方法存在以下几点不足：
1）该测定钻孔的布置不能真实反映网格式穿层钻孔条件下的钻孔对控制范围的抽采作用，因此测定结果不准。
2）由于煤层为非均质结构，该瓦斯抽采孔施工后，有可能其中一个瓦斯抽采孔通过裂隙与压力孔连同，导致压力孔的压力值下降很快，不能真实反映整个抽采区域内残余瓦斯的下降情况，因此仅采用瓦斯压力一个指标作为测定指标，测定结果不可靠。
3）由于采用由远及近的测定方法，测定时间长，无法满足现场快速测定要求。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、速度快、测定结果准确、可靠的底板岩巷网格式穿层钻孔间距的测定方法。
技术方案：本发明底板岩巷网格式穿层钻孔间距的测定方法，包括如下步骤：
（1）测定钻孔的布置
a.首先在底板岩巷内垂直于煤层方向分组施工至少三个测定煤层瓦斯压力的压力孔，并安装压力表，各压力孔之间的距离不小于40m；
b.待从施工好的压力孔内测出煤层原始瓦斯压力值后，以压力孔为几何中心施工一组呈正方形布置的四个瓦斯抽采孔，每组瓦斯抽采孔的间距分别为L1、L2、L3、……Ln，且L1<L2<L3……Ln；
（2）确定网格式穿层钻孔的间距
a.对每组的瓦斯抽采孔进行抽采，并分别对每组瓦斯抽采孔的瓦斯抽采量进行计量及观测压力孔上压力表的压力值下降情况；
b.根据采场接替和钻孔施工速度确定预抽时间，在确定的预抽时间内，观测各组瓦斯抽采孔的瓦斯压力值和瓦斯抽采量；
d.选择在抽采范围内煤层残余瓦斯压力降至0.74MPa以下和煤层残余瓦斯含量 
降至8m3/t以下、且最接近0.74MPa和8m3/t的一组瓦斯抽采孔的间距为网格式穿层钻孔的有效间距；
其中：煤层残余瓦斯含量
通过公式：
计算得出，式中：
为由同一组的四个瓦斯抽采孔的总瓦斯抽采量，
为四个瓦斯抽采孔范围的煤体原始瓦斯储量，为煤层瓦斯的原始含量。
有益效果：本发明通过多组测定钻孔的布置和采用煤层残余瓦斯压力、残余瓦斯含量双指标测定方法，通过测定抽采区域内煤层的残余瓦斯压力和残余瓦斯含量两个指标来确定钻孔的有效间距，可以准确快速的测定出一定时间内突出煤层网格式穿层钻孔的有效间距，以保证确定的穿层钻孔间距一方面能有效降低煤层瓦斯含量，消除其突出危险性，另一方面尽最大可能降低穿层钻孔的工程量，缩短钻孔的施工工期，在利用底板岩巷网格式穿层钻孔瓦斯抽采技术进行突出煤层的瓦斯抽采时，可确保在一定时间内消除煤层突出危险性的同时，使得穿层钻孔的施工工程量最小，进一步保证突出煤层“抽 、掘、采”的平衡。其方法简单、测量速度快、测定结果准确、可靠，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是现有技术的钻孔布置示意图。
图2是本发明的测定钻孔平面布置示意图。
图3是本发明的测定钻孔剖面布置示意图。
图4是本发明第一组瓦斯抽采孔控制的抽采范围确定示意图。
图中：1—压力孔；2—瓦斯抽采孔；3—底板岩巷；4—4个瓦斯抽采孔的抽采范围；5—突出煤层；R—压力孔与瓦斯抽采孔的间距；L1—第一组瓦斯抽采孔的间距；2L1—4个瓦斯抽采孔控制范围的正方形边长。
具体实施方式
本发明的底板岩巷网格式穿层钻孔间距的测定方法是通过测定钻孔的布置和确定网格式穿层钻孔的间距来实现的，具体步骤如下：
（1）测定钻孔的布置
a．首先在底板岩巷3内垂直于煤层方向分组施工至少三个测定煤层瓦斯压力的压力孔1，并安装压力表，如图2、图3所示布置，分别为1#、2#和3#压力孔1，各压力孔1之间的距离不小于40m，当压力表逐渐上升为最大值，1#孔的压力为2.12MPa，2#孔的压力为2.15MPa，3#孔的压力为2.05MPa。通过分析认为该区域煤层的瓦斯压力为2.1MPa，采用瓦斯含量间接法计算得出该处煤层的原始瓦斯含量为14m3/t。
b. 待从施工好的1#、2#和3#压力孔1内测出煤层原始瓦斯压力值后，分别以1#、2#和3#压力孔1为几何中心施工一组呈正方形布置的四个瓦斯抽采孔2，每组瓦斯抽采孔2的间距分别为L1、L2、L3，且L1<L2<L3，钻孔直径为93mm，施工3组共计12个瓦斯抽采孔2；图4所示为以1#压力孔1为几何中心施工的一组呈正方形布置的四个瓦斯抽采孔2，其中两瓦斯抽采孔2的孔间距为L1，四个瓦斯抽采孔的抽采范围4为2 L1；各组的瓦斯抽采孔间距分别为6m、8m和10m，由小到大分别记为第一组测定钻孔、第二组测定钻孔和第三组测定钻孔；4个钻孔均呈正方形网格布置，将抽采钻孔接入抽采管网进行负压抽采，并对各组的瓦斯抽采量进行计量；
（2）确定网格式穿层钻孔的间距
a．根据煤层瓦斯压力与瓦斯含量的内在关系，将每组测定出的残余瓦斯压力与残余瓦斯含量
进行对比，分析测定值是否能真实反映煤层瓦斯的抽采情况，进而提高穿层钻孔抽采半径测定的可靠程度。对每组的瓦斯抽采孔2进行抽采，并分别对每组瓦斯抽采孔2的瓦斯抽采量进行计量及观测压力孔1上压力表的压力值下降情况，根据采场接替和钻孔施工速度确定预抽时间，在确定的预抽时间内，观测各组瓦斯抽采孔2的瓦斯压力值和瓦斯抽采量；如确定经过90天的瓦斯抽采，经观测，第一、第二和第三组中压力孔测出的残余瓦斯压力值分别为0.61MPa、0.72MPa和1.22MPa，通过计量各组瓦斯抽采孔的瓦斯抽采量分别为894m3、1433 m3和1680 m3，测定区域煤层厚度
为2.5m，煤层容重
为1.4t/m3，原始瓦斯含量14 m3/t，
b．选择在抽采范围内煤层残余瓦斯压力降至0.74MPa以下和煤层残余瓦斯含量
降至8m3/t以下、且最接近0.74MPa和8m3/t的一组瓦斯抽采孔2的间距为网格式穿层钻孔的有效间距；通过煤层的残余瓦斯压力和残余瓦斯含量两个指标来确定网格式穿层钻孔的有效间距，残余瓦斯压力可由压力表直接读出，煤层残余瓦斯含量的测定通过公式：
式中：
为由同一组的四个瓦斯抽采孔2的总瓦斯抽采量，
为四个瓦斯抽采孔范围4的煤体原始瓦斯储量，
为煤层瓦斯的原始含量。
煤层原始瓦斯储量通过公式：
式中：
为抽采范围的面积、为煤层厚度、
为煤层容重、
为原始瓦斯含量
根据计算煤层残余瓦斯含量的公式，即可得出第一、第二和第三组瓦斯抽采孔控制范围内残余瓦斯含量分别为6.9m3/t、7.6 m3/t和9.2 m3/t。
当残余瓦斯含量降至8m3/t以下则认为消除了煤层的突出危险性。根据测定获得的残余瓦斯压力和残余瓦斯含量
，并结合钻孔的预抽时间，确定出试验地点在抽采90天情况下，穿层钻孔的有效间距为8m。若网格式穿层钻孔抽采地点的预抽时间能满足90天的抽采要求，则穿层钻孔间距可设计为8m。
Claims (1)
1.一种底板岩巷网格式穿层钻孔有效间距的测定方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）测定钻孔的布置
a.首先在底板岩巷（3）内垂直于煤层方向分组施工至少三个测定煤层瓦斯压力的压力孔（1），并安装压力表，各压力孔（1）之间的距离不小于40m；
b.待从施工好的压力孔（1）内测出煤层原始瓦斯压力值后，以压力孔（1）为几何中心施工一组呈正方形布置的四个瓦斯抽采孔（2），每组瓦斯抽采孔（2）中各瓦斯抽采孔（2）的间距分别为L1、L2、L3、……Ln，且L1<L2<L3……Ln；
（2）确定网格式穿层钻孔的间距
a.对每组的瓦斯抽采孔（2）进行抽采，并分别对每组瓦斯抽采孔（2）的瓦斯抽采量进行计量及观测压力孔（1）上压力表的压力值下降情况；
b.根据采场接替和钻孔施工速度确定预抽时间，在确定的预抽时间内，观测各组瓦斯抽采孔（2）的瓦斯压力值和瓦斯抽采量；
c. 选择在抽采范围内煤层残余瓦斯压力降至0.74MPa以下和煤层残余瓦斯含量 
降至8m3/t以下、且最接近0.74MPa和8m3/t的一组瓦斯抽采孔（2）的间距为网格式穿层钻孔的有效间距；
其中：煤层残余瓦斯含量
通过公式：
计算得出，式中：
为由同一组的四个瓦斯抽采孔（2）的总瓦斯抽采量，
为四个瓦斯抽采孔范围（4）的煤层原始瓦斯储量，为煤层瓦斯的原始含量；煤层原始瓦斯储量
通过公式：
计算得出，式中：
为抽采范围的面积、
为煤层厚度、
为煤层容重、
为原始瓦斯含量。
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