路 璐

(山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

礦井瓦斯是影響礦井安全生產(chǎn)的重要因素，煤層瓦斯抽采是積極防治瓦斯災(zāi)害的有效措施[1].為了降低瓦斯涌出量，保障礦井安全生產(chǎn)，礦井目前采用了多種瓦斯抽采技術(shù)措施，如順層鉆孔、穿層鉆孔和高抽巷等，取得了優(yōu)良的應(yīng)用效果。

國(guó)內(nèi)外瓦斯抽采經(jīng)驗(yàn)表明，影響鉆孔瓦斯抽采效率的最主要因素是煤層的滲透率[2].鉆孔瓦斯抽采量的高低不僅與滲透率的大小有關(guān)，也與滲透率的方向有關(guān)[3-4].因此，為提高鉆孔利用率，研究陽(yáng)泉礦區(qū)新景礦8#煤層滲透率的各向異性分布規(guī)律，找到最大和最小滲透率的方向，以確定合理的布孔原則。

1 工程背景

根據(jù)在新景礦現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，選擇8#煤層北三副巷作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)地點(diǎn)，本工作面井下位于8#煤蘆南區(qū)北翼采區(qū)西北部，東為8129工作面(未掘)，南為8131工作面(未掘)，西為8118工作面(已掘)，北為525水平西大巷。

8#煤層賦存穩(wěn)定，屬?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)，屬中灰、中硫、中磷的無(wú)煙煤，煤層以半亮煤為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育。該煤層一般含兩層夾石，局部發(fā)育有一層或三層夾石，下部夾石厚度變化較大，本面由北部向南逐漸增厚，最厚約1.00 m.

2 煤層滲透率試驗(yàn)

2.1 試樣制取及滲透率測(cè)試

井下取樣時(shí)記錄好大塊煤各端面的方向和取樣地點(diǎn)的煤層產(chǎn)狀。升井后對(duì)煤塊進(jìn)行封蠟處理，裝入木箱中，并將緩沖填充物塞入充滿木箱，然后再托運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。為鉆取不同方向的原煤煤柱，分別沿垂直方向、巷道軸向和巷道軸向垂直方向，將其置于取芯機(jī)鉆取平臺(tái)上。分別沿煤層走向、傾向和豎直方向鉆取50 mm×100 mm的柱狀煤樣，保證煤樣中的原層位物性參數(shù)不變。煤巖滲透率測(cè)試系統(tǒng)見(jiàn)圖1.

圖1 煤樣滲透率測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)壓結(jié)果，北三副巷的原始煤層瓦斯壓力在0.6 MPa左右。分別測(cè)試10 MPa、11 MPa、12 MPa、13 MPa和14 MPa下的煤樣滲透率值。由此可以看出，隨著圍壓的升高，各方向的滲透率逐漸下降，驗(yàn)證了滲透率與圍壓的反比例關(guān)系。同時(shí)測(cè)得8#煤層的滲流優(yōu)勢(shì)方向與煤層走向平行，沿煤層走向的滲透率最大，沿煤層傾向次之，沿豎直方向的滲透率最小，見(jiàn)圖2.

圖2 北三副巷煤樣滲透率測(cè)試結(jié)果圖

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

選擇8#煤層北三副巷作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)地點(diǎn)，試驗(yàn)鉆孔布置示意圖見(jiàn)圖3.根據(jù)鉆孔軸向與巷道軸向的不同夾角布置5組鉆孔，各組鉆孔軸向與巷道軸向的夾角分別為30°、60°、90°、120°和150°，每組鉆孔間距30 m.每組鉆孔布置兩個(gè)鉆孔，鉆孔長(zhǎng)80 m，鉆孔垂距為10 m.150°組鉆孔最左側(cè)鉆孔開(kāi)孔位置距8128工作面停采線126 m，該鉆孔距30°組最右側(cè)鉆孔256.2 m.鉆孔垂向開(kāi)孔位置與日常開(kāi)孔位置一致，封孔長(zhǎng)度亦與日常封孔長(zhǎng)度保持一致。

圖3 北三副巷試驗(yàn)鉆孔布置示意圖

4 抽采效果分析

通過(guò)對(duì)不同角度的鉆孔對(duì)應(yīng)的瓦斯抽采流量匯總分析后發(fā)現(xiàn)：150°鉆孔(13#—15#鉆孔)>30°鉆孔(1#—3#鉆孔)>60°鉆孔(4#—6#鉆孔)>90°鉆孔(7#—9#鉆孔)>120°鉆孔(10#—12#鉆孔)。對(duì)比試驗(yàn)地點(diǎn)鉆孔與煤層走向夾角和鉆孔抽采流量的規(guī)律可以看出，150°鉆孔(13#—15#鉆孔)與煤層走向接近垂直，1#—6#鉆孔與煤層走向的夾角較大(>60°)，7#—12#鉆孔與煤層走向的夾角較小(<30°).總體上為鉆孔與煤層夾角越大，鉆孔抽采流量越大，即抽采效果越好，見(jiàn)圖4.

圖4 各方位試驗(yàn)鉆孔平均流量變化情況圖

5 結(jié) 論

1)實(shí)驗(yàn)室研究了煤樣的滲透率，得出煤層滲透率規(guī)律為：沿煤層走向的滲透率最大，傾向次之，豎直方向最小。

2)結(jié)合陽(yáng)煤集團(tuán)新景礦8#煤層產(chǎn)狀分布，設(shè)計(jì)了瓦斯預(yù)抽鉆孔布孔方案,并在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展鉆孔合理布孔方位試驗(yàn)研究，確定合理布孔原則為鉆孔應(yīng)盡可能與煤層走向保持垂直。

3)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明，新景礦可以通過(guò)合理的布孔方式提高單孔瓦斯抽采量和累積瓦斯抽采量，提高抽采效果和回采效率，保障礦井安全生產(chǎn)。