煤矿超前排放瓦斯钻孔有效排放半径的考察研究
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[摘 要]通过对矿井布置预测孔的考察分析研究，确定了矿井超前排放瓦斯钻孔有效排放半径，从而科学合理地布置超前排放瓦斯钻孔。经在矿井2503煤巷掘进工作面按上述确定的有效排放半径0.70m布置超前排放瓦斯钻孔实际观察，能有效排放工作面前头瓦斯，有效防止工作面突出动力现象，确保了矿井安全生产。
[关键词]瓦斯排放；超前钻孔；有效排放半径；钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标；煤矿
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0028-02
前言
瓦斯事故是我国煤矿的主要灾害事故类型。我们结合矿井实际情况，通过在2601综放工作面主巷对两组相邻预测孔的考察，对矿井排放瓦斯钻孔有效排放半径进行了研究。
1 矿井概况
磁县六合工业有限公司（简称六合公司）位于河北省磁县观台镇境内。矿井只开采山西组2号煤层。矿井开拓方式为斜井多水平上下山开采，现生产水平为-270m水平，布置有25、26两个采区。2014年矿井核定生产能力为85万t/a，2014年矿井核定通风能力为91万t/a。2013年8月，河北省煤炭工业安全管理局以“冀煤安管[2013]69号”文件批复：“峰峰集团磁县六合工业有限公司开采的2#煤层为煤与瓦斯突出危险性煤层，矿井为煤与瓦斯突出矿井”。
2601综放工作面位于矿井西翼26采区，其倾斜上方为2600工作面及2305工作面采空区，倾斜下方为2602工作面采空区，南部为井田边界保护煤柱，北部为26采区下山保护煤柱，可采储量40.3万t。相应的地表为丘陵和农田。
2.1 考察钻孔测定方案
在井下没有执行过防突措施的有突出危险的采掘工作面，在煤层软分层中先打一个预测孔，测量每m钻孔的钻屑量和钻屑瓦斯解吸特征Δh2值。钻孔长10m左右，孔径42mm。预测结束后，在此孔内扩孔，将其扩至待考察排放孔的孔径大小。扩孔完成后，让其排放一段时间，一般为8h，使排放孔周围煤体瓦斯得到充分排放。排放8h后，在该孔附近的软分层中打一个与排放孔呈一定角度的测试孔，测量其每m钻孔的钻屑量与钻屑瓦斯解吸特征Δh2值。将同一深度的两个钻孔（预测孔与测试孔）测到的数据及两点之间的间距进行分析，计算得出有效排放半径大小。
2.2 考察钻孔现场布置
（1）第一组测试地点选择在2601工作面主巷距开切眼50m处，先向煤层中打一个考察孔（1号孔），测量每m的钻屑量S与钻屑瓦斯解吸指标Δh2值，钻孔深10.5m，钻孔直径为42mm；
（2）测试结束后，采用直径75mm钻头对考察孔进行扩孔，将其扩大成直径为75mm的排放钻孔，进行瓦斯排放；
（3）排放8h后，在该钻孔附近的软分层中打一与此孔呈4？的测试孔（2号孔），孔口间距0.3m，测定其每m的钻屑量S与钻屑瓦斯解吸指标Δh2值；
（4）将2个钻孔同一深度范围内所测到的数据和两点的间距进行分析，计算得出排放钻孔的有效排放半径；
（5）第二组测试地点在2601工作面主巷距开切眼60m处，测试步骤同上。
3 超前排放钻孔排放半径实测结果分析
3.1 2601工作面主巷距离开切眼50m处测试结果
矿井2号煤层2601工作面主巷距离开切眼50m处有效排放半径现场测定数据见表1，钻屑瓦斯解吸指标Δh2值和钻屑量指标S随钻进深度的变化情况如图1所示。
根据表1、图1分析可知：
①当考察钻孔深度小于7.0m时，2号测试钻孔钻屑瓦斯解吸指标Δh2值明显小于1号预测钻孔钻屑瓦斯解吸指标Δh2值，当钻孔深度超过7.0m时2号测试钻孔和1号预测钻孔的钻屑瓦斯解吸指标Δh2值趋于一致，这说明7.0m以内是排放8h的有效影响范围，通过钻屑瓦斯解吸指标Δh2值可以计算钻孔钻进深度至7.0m时，所计算得到的排放半径R排=（7.0sin4+0.3）=0.78m。
②当考察钻孔深度小于7.5m时，2号测试钻孔钻屑量S值变化曲线明显小于1号预测钻孔钻屑量S值变化曲线，当钻孔深度超过7.5m时2号测试钻孔和1号预测钻孔的钻屑量S值指标趋于一致，这说明7.5m以内是排放8h的有效影响范围，通过钻屑量S值可以计算钻孔钻进深度至7.5m时，所计算得到的排放半径R排=（7.5sin4+0.3）=0.82m。
根据第一组考察钻孔的钻屑量S与钻屑瓦斯解吸指标Δh2测试结果，分析可得矿井2号煤层有效排放半径为0.78-0.82m。
3.2 2601工作面主巷距离开切眼60m处测试结果
矿井2号煤层2601工作面主巷距离开切眼60m处有效排放半径现场测定数据见表2，钻屑瓦斯解吸指标Δh2值和钻屑量指标S随钻进深度的变化情况如图2所示。
根据表1、图2 分析可知：
①当考察钻孔深度小于7.5m时，2号测试钻孔钻屑瓦斯解吸指标Δh2值明显小于1号预测钻孔钻屑瓦斯解吸指标Δh2值，当钻孔深度超过7.5m时2号测试钻孔和1号预测钻孔的钻屑瓦斯解吸指标Δh2值趋于一致，这说明7.5m以内是排放8h的有效影响范围，通过钻屑瓦斯解吸指标Δh2值可以计算钻孔钻进深度至7.5m时，所计算得到的排放半径R排=（7.5sin4+0.3）=0.82m；
②当考察钻孔深度小于6.3m时，2号测试钻孔钻屑量S值变化曲线明显小于1号预测钻孔钻屑量S值变化曲线，当钻孔深度超过6.5m时2号测试钻孔和1号预测钻孔的钻屑量S值指标趋于一致，这说明6.5m以内是排放8h的有效影响范围，通过钻屑量S值可以计算钻孔钻进深度至6.5m时，所计算得到的排放半径R排=（6.5sin4+0.3）=0.75m。
根据第二组考察钻孔的钻屑瓦斯解吸指标Δh2与钻屑量S测试结果，分析可得矿井2号煤层有效排放半径为0.75-0.82m。
4 研究结果
综合分析两组考察钻孔的测试结果，矿井2号煤层采用Φ75mm的钻孔进行超前瓦斯排放时，排放8h时的有效排放半径理论上应介于0.75-0.82m之间，但考虑到现场测定可能存在一定的误差，也为了便于现场布孔，最终确定六合公司采用Φ75mm的钻孔排放瓦斯时有效排放半径为0.70m。有效解决了矿井采掘工作面瓦斯超限问题，确保了现场职工作业安全，杜绝了煤与瓦斯突出事故，保证了矿井升突后的安全生产，取得了良好的安全效益、社会效益和经济效益。
参考文献
[1] 邹山旺， 刘际宏， 孟凡新. 三软低透气性煤层超前钻孔有效排放半径的测定[J]. 煤矿安全， 2006（7）： 14-15.
[2] 防治煤与瓦斯突出规定. 北京：煤炭工业出版社，2009.
[3] 方伟. 优化超前钻孔布置实现突出煤层快速掘进的探讨[J]. 煤矿安全， 2007（7）： 62-64.