预抽煤层瓦斯抽采钻孔设计间距优化应用研究

预抽煤层瓦斯抽采钻孔设计间距优化应用研究

郭远飞

湖南省耒阳市红卫矿业有限公司，湖南 耒阳 421800

摘要：钻孔预抽煤层瓦斯作为高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井瓦斯治理的主要措施。为了确保预抽瓦斯钻孔终孔间距的合理均匀布置，提出了消除钻孔有效抽采圈之间的抽采盲区和 “煤体内钻孔三维空间等密度布孔”设计施工抽采钻孔。通过优化抽采钻孔设计，避免了预抽煤层瓦斯时控制巷道上部的钻孔间距稀疏，下部钻孔密集极，施工钻孔时极易串孔，节省钻孔施工瓦斯治理成本30%，提升预抽煤层瓦斯的效果。

关键词：钻孔预抽优化设计；提升效果；节约成本。

0  引言

《防治煤与瓦斯突出细则》第六十七条要求预抽煤层瓦斯钻孔间距应当根据实际考察的煤层有效半径确定。煤层的有效抽采半径经考察确定后，抽采钻孔间距的设计是煤矿瓦斯治理关键性的第一步。钻孔间距过于密集区域煤层的瓦斯、地应力小，但造成钻孔工程浪费，钻孔稀疏区存在瓦斯治理不到位，达不到消除突出危险性的目的；因此，抽采钻孔设计间距优化科学设计对煤矿降低防突成本和提升瓦斯治理效果至关重要。

1  有效抽采圈之间盲区的消除

布置钻孔预抽煤层瓦斯时，在煤层瓦斯压力、地应力和孔底抽采负压的共同作用下，钻孔周围煤体的游离瓦斯及部份吸附瓦斯解吸被抽移，形成以钻孔中线为轴心的类似圆柱形的有效抽采圈（在钻孔孔底形成类似球型）。为消除钻孔有效抽采圈之间的抽采盲区，最常见布孔方式有平行布孔和三角形布孔方式，两种布孔方式的终孔都不相同。

1.1平行方式设计钻孔

平行方式设计钻孔如简单的以两倍有效抽采半径2R作为设计抽采钻孔间距，每相邻以钻孔为轴心的圆柱形相切中间阴影部分形成抽采盲区，而必须以设计抽采钻孔间距才能消除有效抽采圈之间的盲区。（如图一所示），

图一：阴影为抽采盲区  R为有效抽采半径  小圆为抽采钻孔。

1.2三角形方式设计钻孔

三角形方式设计钻孔也不能简单的以两倍有效抽采半径2R作为设计抽采钻孔间距，每相邻以钻孔为轴心的圆柱形相切中间阴影部分同样会形成抽采盲区，而必须以设计抽采钻孔间距才能消除有效抽采圈之间的盲区。（如图二所示）

图二：阴影为抽采盲区   R为有效抽采半径  小圆为抽采钻孔。

1.3两种设计钻孔方式工程量对比

采用有效抽采圈合理相交消除相邻以钻孔为轴心的圆柱形相切中间阴影部分抽采盲区后，三角形方式设计钻孔比平行方式设计钻孔终孔间距增加了)，因此可以节约钻孔工程量为)/=22.5%。

目前设计抽采钻孔都是技术员使用计算机的CAD绘图软件和Excel办公软件进行设计，三角形方式设计每组钻孔与煤层倾向方向不在一个平面上，每个钻孔的方位不一样，给设计和施工挂孔都带来不便，因此大部份设计抽采钻孔都采用平行布孔方式。

2  钻孔止煤点等间距二维等密度布孔

目前，大部份的矿井预抽煤层瓦斯钻孔都是采用“煤层止煤点等间距的二维等密度”布孔。为消除有效抽采圈之间的盲区按实际考察的煤层有效抽采半径以及钻孔止煤点等间距设计抽采钻孔，该设计造成从底板施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯时上部的钻孔间距稀疏、下部钻孔密集，下部钻孔施工时极易串孔、影响抽采效果的现象。

以坦家冲煤矿穿层钻孔预抽采2265煤巷条带煤层瓦斯为例, 该矿6煤层真厚4.8米，倾角26°,孔径94mm,钻孔抽采时间达到 180 天，有效抽采半径为 3.81m。预抽钻孔设计保护范围沿煤层层面方向上帮30 m、下帮10m。以平行方式设计钻孔，为消除有效抽采圈之间的盲区，按=×3.81 m计算钻孔止煤点等间距为5.38m，因此终孔间距按5m设计，一组钻孔在剖面设计需要布置13个（见图三）。

图三：钻孔止煤点等间距二维等密度钻孔设计剖面图

该设计虽然保证了钻孔止煤点等间距为5 m，但巷道下部钻孔过于密集，且1-6#孔相邻两孔间的坡度相差在1-4°之间，由于坡度相差小，钻孔施工时钻杆在重力作用下钻孔轨迹极易发生偏差，造成钻孔串孔现象。7-13#孔相邻两孔间的坡度相差在10°以上，施工时不易发生钻孔跑偏，且钻孔间距也比较均匀。

3  煤体内钻孔三维空间等密度布孔

为了避免巷道下部钻孔密集极，施钻时极易串孔、影响抽采效果的现象，引用“立体空间”概念，采用“煤体内钻孔三维空间等密度布孔”设计施工抽采钻孔，使相邻钻孔之间所有煤体质点距相邻钻孔轴线小于设计抽采半径，确保了钻孔控制范围内任意煤体质点距钻孔轴线均不大于设计抽采半径，煤体内钻孔等密度布孔。

同样以坦家冲煤矿6煤层穿层钻孔预抽采2265煤巷条带煤层瓦斯为例,终孔间距按5m设计布孔。煤体内钻孔三维空间等密度设计布孔步骤，首先在煤层和巷道的剖面图上，设计控制该溜子道下帮保护范围不少于10m的最下部的钻孔为基准孔。以该钻孔的中心线往上偏移2.5m与煤层顶板线的交点，再以交点为圆心2.5m为半径划圆与煤层顶板的交点为上一个邻近钻孔的止煤终点，从下往上，依次类推进行布孔(见图四)。

图四：煤体内钻孔三维空间等密度钻孔设计剖面图

4实施效果对比

在坦家冲煤矿 216-150m北石门北抽采巷采用“钻孔止煤点等间距二维等密度布孔”施工穿层钻孔预抽采2166煤层条带煤层瓦斯，该抽采巷共施工穿层钻孔352个，钻孔控制煤层走向长120米，倾向长40米，面积4800m2，每100m2钻孔7.33个，大部份抽采钻孔瓦斯浓度抽采一个月后，从始抽浓度30%以上衰减到10%以下。

在坦家冲煤矿 226-150m南石门南抽采巷采用“煤体内钻孔三维空间等密度钻孔布孔”施工穿层钻孔预抽采2265煤层条带煤层瓦斯，该抽采巷共施工穿层钻孔874个，钻孔控制煤层面积26460m2，每100m2钻孔3.3个，抽采钻孔瓦斯浓度抽采6个月始抽采浓度都保持30%以上。

5结论

（1）在煤层产状和煤层厚度相同的情况下进行比较，采用“煤体内钻孔三维空间等密度”布置钻孔比“钻孔止煤点等间距布置钻孔“节约钻孔工程量30%左右。

（2）避免了施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯时上部的钻孔间距稀疏，下部钻孔密集极，施钻孔极易串孔、影响抽采效果的现象。

（3）实现了抽采钻孔设计应推行煤体内钻孔等密度布孔，相邻钻孔之间任意煤体质点距钻孔轴线均不大于设计抽采半径，且相邻钻孔轴线间总有同等于设计抽采半径的点，既保障了抽采达标，瓦斯抽采效果提高的目的，也减少了无效投入。

作者简介：郭远飞（1976-），男，湖南耒阳人，工程师，主要从事煤矿瓦斯防治工作。