高俊奇

（西山煤電屯蘭礦通風(fēng)區(qū)，山西 古交 030206）

屯蘭礦為煤與瓦斯突出礦井，隨著煤礦開采深度的增加，瓦斯壓力、地應(yīng)力也在增大，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)也就隨之加大。在執(zhí)行局部防突措施過(guò)程中，排放瓦斯鉆孔間距極難確定，鉆孔間排距過(guò)大，會(huì)形成瓦斯未能排放的空白區(qū)，則防突措施失效；鉆孔間排距過(guò)密，增大了工程量，造成浪費(fèi)，所以合理布置鉆孔即確定排放鉆孔的有效影響半徑顯得尤為重要[1-5]，對(duì)保障礦井安全生產(chǎn)具有十分重要的指導(dǎo)意義。

1 礦井概況

屯蘭煤礦位于山西省西山煤田，是華北大型聚煤盆地的一部分，生產(chǎn)能力為500萬(wàn)t/a。屯蘭礦已開采近30a，礦井現(xiàn)生產(chǎn)水平為+750m水平，井田南北長(zhǎng)約10.6km，東西寬約9.9km，井田面積約73.3426km2。井田內(nèi)可采煤層有太原組（下組煤）的02、03、2、4號(hào)煤層和山西組（上組煤）的6、7、8、9號(hào)煤層，井田劃分為九個(gè)盤區(qū)，分別為北一、北二、北三、南一、南二、南三、南四、南五、南六、南七，現(xiàn)已開采盤區(qū)有北一、北三、南一、南二、南三、南四和南五盤區(qū)，現(xiàn)生產(chǎn)盤區(qū)共三個(gè)，為北三、南四和南五盤區(qū)。如圖1所示。

圖1 屯蘭煤礦地質(zhì)構(gòu)造及煤層柱狀圖

2 有效排放半徑測(cè)定方案

超前鉆孔有效排放半徑是防突措施的最基本和最重要的參數(shù)，超前鉆孔有效影響半徑是單個(gè)超前鉆孔沿其半徑方向能夠消除突出危險(xiǎn)的最大范圍。該值不僅與突出危險(xiǎn)性的大小有關(guān)，而且還與措施的作用時(shí)間有著密切關(guān)系，因?yàn)椴扇【植糠劳淮胧r(shí)，合理布置超前鉆孔是提高措施安全可靠性施工參數(shù)的首要條件。根據(jù)《煤巷掘進(jìn)工作面超前鉆孔防突措施技術(shù)條件》（MT/T 957-2005），結(jié)合屯蘭礦井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選用鉆孔流量法測(cè)定2#、4#、8#、9#煤層的超前排放鉆孔有效排放半徑。

2.1 測(cè)量原理

鉆孔流量法基本原理是順層孔施工后，鉆孔周圍形成非彈性變形帶，出現(xiàn)煤層應(yīng)力和瓦斯含量（壓力）下降的特征。由于鉆孔周圍煤體應(yīng)力減小、煤層透氣性增加，煤層瓦斯自然排放，在鉆孔周圍出現(xiàn)自然排放瓦斯量上升，表明處在鉆孔排放影響范圍內(nèi)。按照相關(guān)要求，一般連續(xù)三次測(cè)定瓦斯涌出量上升幅度達(dá)到10%的，表明處在鉆孔排放（卸壓）消除突出危險(xiǎn)性的有效作用范圍內(nèi)。符合該要求的測(cè)量孔距排放鉆孔的最遠(yuǎn)距離，即為超前鉆孔的有效排放半徑。

2.2 測(cè)定的方案

根據(jù)屯蘭礦井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，2#煤層選定在北三盤區(qū)22301瓦斯治理巷4#點(diǎn)前2302m右?guī)汀⒛衔灞P區(qū)12507皮帶順槽距切眼70m處左幫進(jìn)行考察；4#煤層選定在南四盤區(qū)12412底抽巷D3#點(diǎn)前132m左幫、南五盤區(qū)12507底抽巷距末端100m處右?guī)?、北三盤區(qū)北三膠帶巷Y#點(diǎn)前116m左幫進(jìn)行考察；8#煤層選定在南翼下組煤18402軌道順槽18#點(diǎn)前100m左幫進(jìn)行考察；南翼下組煤9#煤層選定在18405底抽巷D1點(diǎn)前240m左幫進(jìn)行考察。具體位置如表1所示。

表1 各煤層測(cè)定點(diǎn)位置

為減小測(cè)量孔間距過(guò)近后因自身卸壓效應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)觀測(cè)的影響，同時(shí)考慮到現(xiàn)場(chǎng)煤層具有明顯的層理，采用兩側(cè)對(duì)稱法布置鉆孔。即排放孔設(shè)置在中間，兩側(cè)一定范圍內(nèi)分別布置測(cè)量孔，且各鉆孔布置在同一層理中。其中，一側(cè)測(cè)量孔按距排放孔1000mm、2000mm、3000mm布置，另一側(cè)按間距500mm、1500mm、2500mm布置，編號(hào)按孔間距進(jìn)行編號(hào)（距排放孔最近的為1#測(cè)量孔）。具體如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、排放鉆孔布置示意圖

施工必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行，并保證抽采鉆孔平直，孔形完整，鉆孔深度達(dá)到要求，具體測(cè)定方法如下。

（1）測(cè)量孔施工及封孔。測(cè)量孔選用直徑42mm鉆孔，利用工作面防突預(yù)測(cè)鉆具施工。每一鉆孔深度6m，垂直煤壁，傾角與煤層傾角一致，封孔深度5m，預(yù)留最里端1m測(cè)量室。封孔材料采用聚氨酯，封孔套管選用長(zhǎng)度為5200mm的4分鋼管，孔口外露200mm以便連接測(cè)量裝置。

（2）測(cè)量孔前期觀測(cè)。每一測(cè)量孔密封后，立即測(cè)量鉆孔瓦斯涌出量，并每隔5min測(cè)定1次。每一測(cè)量孔測(cè)定6次。

（3）施工排放鉆孔。最后一個(gè)測(cè)量孔完成6次觀測(cè)后，在預(yù)定位置施工排放鉆孔。排放鉆孔選用直徑75mm鉆孔，孔深7m，垂直煤壁，傾角與煤層傾角一致。施工過(guò)程中，記錄鉆孔長(zhǎng)度、施工時(shí)間和各測(cè)量孔中的瓦斯涌出量變化。

（4）測(cè)量孔后期觀測(cè)。排放鉆孔施工完畢后，每隔5min測(cè)定一次各測(cè)量孔的瓦斯涌出量，各孔測(cè)量2h。

（5）測(cè)量?jī)x器選擇。選用測(cè)定抽采半徑所用ZLD-2多級(jí)流量計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)注意在孔口外露的封孔管上安接變頭，便于連接ZLD-2多級(jí)流量計(jì)。

封孔時(shí)控制好聚氨酯的用量，避免堵塞測(cè)量室或造成測(cè)量室長(zhǎng)度不足1m。在4分鋼管4.2m處（由外向里）焊接一直徑38mm左右的擋圈，降低聚氨酯膨脹擠占測(cè)量室空間的可能。每次測(cè)量鉆孔瓦斯涌出量時(shí)，保持讀數(shù)時(shí)間同步，如各孔均選擇在連接流量計(jì)后第20s讀數(shù)。

排放孔施工過(guò)程中各測(cè)量孔數(shù)據(jù)記錄按每鉆進(jìn)1m測(cè)定一次進(jìn)行。

測(cè)量過(guò)程中根據(jù)實(shí)際流量大小選擇好流量計(jì)的測(cè)嘴，并隨測(cè)記錄測(cè)嘴系數(shù)，避免數(shù)據(jù)較多后混淆。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2#、4#、8#、9#各考察煤層超前排放鉆孔施工后，各考察鉆孔瓦斯流量均有增加，如圖3所示。

圖3 各煤層超前排放鉆孔施工前后考察鉆孔瓦斯流量變化曲線

由上圖可知，對(duì)于北三盤區(qū)2#煤層而言，距離超前排放鉆孔1m的2#考察孔其鉆孔瓦斯流量增加了12.17%；對(duì)于南五盤區(qū)2#煤層而言，距離超前排放鉆孔0.5m的1#考察孔其鉆孔瓦斯流量增加了15.42%；對(duì)于南四盤區(qū)4#煤層而言，距離超前排放鉆孔1m的2#考察孔其鉆孔瓦斯流量增加了10.71%；對(duì)于南五盤區(qū)4#煤層而言，距離超前排放鉆孔0.5m的1#考察孔其鉆孔瓦斯流量增加了21.86%；對(duì)于北三盤區(qū)4#煤層而言，距離超前排放鉆孔1m的2#考察孔其鉆孔瓦斯流量增加了24.88%；對(duì)于南翼下組煤8#煤層而言，距離超前排放鉆孔0.5m的1#考察孔其鉆孔瓦斯流量增加了14.03%；對(duì)于南翼下組煤9#煤層而言，距離超前排放鉆孔0.5m的1#考察孔其鉆孔瓦斯流量增加了13.09%。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)屯蘭礦各盤區(qū)2#、4#、8#、9#煤層超前排放鉆孔有效排放半徑的井下測(cè)定，屯蘭礦北三盤區(qū)2#煤層超前排放鉆孔的有效半徑均為1m，南五盤區(qū)2#煤層超前排放鉆孔的有效半徑均為0.5m，南四盤區(qū)4#煤層超前排放鉆孔的有效半徑均為1m，南五盤區(qū)4#煤層超前排放鉆孔的有效半徑均為0.5m，北三盤區(qū)4#煤層超前排放鉆孔的有效半徑均為1m，南翼下組煤8#、9#煤層超前排放鉆孔的有效半徑均為0.5m，可作為突出危險(xiǎn)工作面布置超前排放鉆孔的設(shè)計(jì)依據(jù)。