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第43卷第3期 2015年6月 煤田地质与勘探Vol. 43 No.3 Jun. 2015 COALGEOL汇陷Y gas位acer; gas drainage 平沟煤矿16号煤层位于石炭系上统太原组 C2t），为平沟煤矿的主采煤层之一，矿井地质条件 简单，煤层赋存条件较好。煤层顶板岩性为泥质 页岩、碳质页岩，底板岩性为页岩、在、质页岩、 碳质页岩，煤层比较稳定，透气性系数为0.129--0.611 m2/MPa2哟，绝对瓦斯涌出量为44.3m3/min，相对 瓦斯涌出量为14.1m3/t。按原煤炭工业部发布的矿 井瓦斯抽放管理规范，平沟煤矿16号煤层为低透 气性高瓦斯煤层，因此，必须采取相应的技术措施 对瓦斯抽放半径进行优化，这对避免瓦斯抽放空白 带的出现，提高瓦斯采前预抽放效率具有重要意义。 同时，也能够避免瓦斯抽放重叠区的出现，有利于 节约瓦斯抽放成本。 收稿日期2013-10-14 基金项目内蒙古自治区高等学校科学研究项目NJZY364 在进行工作面瓦斯抽放钻孔设计与布置时，要 针对采区工作面的实际条件、煤层瓦斯储量的大小 以及所要求的抽放时间和瓦斯抽采率来决定［I。目 前应用较多的测定瓦斯抽放半径方法主要是相对瓦 斯压力测定法。这种方法主要是通过在抽放孔周围 布置一排间距固定的测试钻孔，通过测定测试钻孔 内瓦斯压力的变化来确定钻孔瓦斯抽放的影响半 径。该方法在打钻过程中煤层中的瓦斯会得到一定 的释放，破坏了煤层瓦斯的原始赋存条件［2］。另外， 测定瓦斯压力时，对钻孔的封孔质量要求较高，现 场很难达到理想的封孔要求，因此所测定的瓦斯抽 放半径往往与实际情况偏差较大，不能满足煤矿安 全生产的需要。 作者简介郑雷（198ι一），男，辽宁抚顺人，硕士，讲师，从事采矿工程教学与研究工作.Email 365zhengleil 引用格式郑雷.SF6气体示踪法测定低透气性高瓦斯煤层瓦斯抽放半径［J）.煤田地质与勘探，2015,433 122- 124. ChaoXing 第3期郑雷SF6气体示踪法测定低透气性高瓦斯煤层瓦斯抽放半径123 本文结合平沟煤矿16号煤层1606工作面实际 情况，选用SF6气体示踪法测定瓦斯抽放钻孔的有 效抽放半径，克服了相对瓦斯压力测定法在实测时 遇到的上述问题，在现场取得了较好的抽放效果。 1 SF6示踪气体的性质与特点 SF6是一种无色、无臭、不燃、无毒、无腐蚀性 的惰性气体，其化学稳定性很强，光稳定性和热稳定 性高，不和酸、碱、盐、氨及水等发生化学反应。该 气体物理活性大，扩散性强，释放时不受酷热、严寒 等气候条件的影响，能够迅速混合并均匀分布在所要 检测的空间中，无沉降，不凝结，亦不溶于水；具有 负电性，不能被井下物料所吸附，很适合检测瓦斯这 种流体的流动状态，检测精度高且简单方便［3］。 2 抽放半径测定 在利用SF6气体示踪法测定煤层瓦斯抽放半径 时首先需在无节理发育煤层中布置一个用于注目6 气体的钻孔和一排瓦斯抽放测试钻孔（图1），然后在 注气孔注入SF6气体，再通过观测注气孔内的SF6 气体是再进入到抽放钻孔中来确定瓦斯抽放半径， 从而确定抽放钻孔的布孔间距。 示踪气体注气.fL 完好煤层剖而 具有一定问胆的俐放测试钻.fL 罔l测定示意图 Fig. I Schematic diagram of determination 2.1 施工技术 a.在布置钻孔时考虑采动因素的影响，同时避 免因钻孔位置上下或水平错动而出现的应力不均象 限，需在1606工作面回风巷中选择围岩稳定，空间 大，巷道坡度平缓且平直的地方布置注气钻孔。施 工时注气孔布置一个，抽放钻孔暂时布置4个，注 气孔与抽放孔参数一致，倾角为－8.5。，方位角为 271。，孔深30m，孔径94mm，钻孔距底板距离为 lm。为避开应力集中区，其中注气孔位置与切眼应 有300m以上的距离，钻孔施工布置见示意图2。 b.在进行施工时，为防止出现扇孔和穿层现 象，打钻时要严格直壁施工。施工过程中需监测排 粉量，确保成孔。每个钻孔施工完毕应立即用聚氨 醋封孔。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范［4] 规定，此处钻孔的封孔长度取6m。 “06回风替 凶06运输巷 , I m, I m I m, I m. 4 3 2 I 号号号号 孔孔子L.fL 300m 图2钻孔施工布置示意图 Fig.2 Drilling construction layout 切 g民 c.聚氨醋封孔采用卷缠药液法，封孔时先称出 封一个孔的甲、乙组成药液，分别装入两个容器， 再将药液同时倒入混合桶，立即用棒快速搅拌均匀， 当药液由黄褐色变为乳白色时，停止搅拌，将药液 均匀倒在毛巾布上，边倒药液边向抽放管上卷缠毛 巾布，并把卷缠好药液的封孔管迅速插入钻孔，大 约5min后，药液开始发泡膨胀，20min后停止发 泡，逐渐硬化固结。为了避免封孔管晃动影响封孔 质量，孔口处用木塞模紧。 d.对于瓦斯抽放测试钻孔，聚氨醋封孔lh后， 便可与抽放管路连接。钻孔与管路连接处应设置流 量计和阀门。为了监测气体的压力和浓度，还需在 每个孔的封孔管外口及时安装一个压力表和一个 SF6气体浓度鉴定管，待气体压力稳定后及时观测各 个钻孔内的气体压力，并做好监测记录。 e.对于注示踪气体钻孔，施工完毕并封孔后， 用橡胶管将其与注气装置相连接进行注气，并在抽 放孔开始抽放前，注意观察注气孔的压力变化，若 压力比较稳定或变化不大，则说明注气孔成孔完整。 2.2 测定过程 a.测定时，首先将l号抽放测试钻孔与瓦斯抽 放管相连接。打开注气孔阀门，利用SF6注气装置 将SF6气体注入注气孔，待注气孔内SF6气体浓度 达600 x 10-6，孔口压力达13kPa时，打开1号抽 放孔阀门开始抽放瓦斯，并将抽放负压控制在 1015 kPao在抽放过程中需每天在固定时间检测一 次所抽放出的气体中所含SF6的浓度，并做好记录。 b.在观测过程中发现，1号抽放孔从第3天开 始检测到SF6气体的浓度，值为6x 10-6，第4天 为13.510-6，第5-8天的浓度分别在16.5 10-6～16.910-6波动，这说明l号抽放孔中SF6气 体的浓度已经趋于稳定。 ChaoXing 124 煤田地质与勘探第43卷 c.关闭1号抽放孔阀门，将2号抽放孔与抽放 管连接后打开阀门，开始对2号抽放孔进行抽放。 此时，1号抽放孔负压迅速降低，SF6气体的浓度也 逐渐降低，2号抽放孔负压迅速升高。2号孔从第4 天开始检测到SF6气体的浓度，值为4x 10-6，抽放 至第10天，SF6气体浓度已连续6d在12.610-6可 12.810-6波动，说明2号抽放孔中SF6气体的浓度 已经趋于稳定。 d.关闭2号抽放孔间门，连接3号抽放孔进行 抽放，孔中检测到的SF6气体的浓度最终在6.3 10-6-6.410-6。说明3号抽放孔中SF6气体的浓度 已经趋于稳定。 e.关闭3号抽放孔阀门，接上4号抽放孔。 经过一周的连续抽放与检测，4号抽放孔始终未能 检测到SF6气体，说明此孔在抽放时不受注气孔 影响。 可见，瓦斯抽放半径可确定为3号抽放孔与4 号抽放孔到注气孔之间的距离，即3-4m。考虑到 现场施工实际情况，瓦斯抽放半径一般精确到“米” 级，所以，利用SF6气体示踪法所测定的瓦斯抽放 半径可暂定为3m或4m，为了确定出精确的抽放 半径，现场还需对抽放半径为3m和4m的抽放钻 孔的瓦斯抽放效果进行对比分析。 3 抽放效果分析 通过在1606工作面近3个月的现场瓦斯抽采对 比测试发现，当半径为3m时，平均抽采率为31.2; 当半径为4m时，平均抽采率为24.8（图3）。因此， 平沟煤矿应用SF6气体示踪法测定的瓦斯抽放半径 确定为3m。 通过SF6气体示踪法测定的抽放效果与相对瓦 斯压力测定法抽放效果对比分析（表1），抽放管内的 瓦斯浓度在原有基础上提高了7.5，负压下降约 40，瓦斯抽采率提高到原来的两倍以上，而回风 流中的瓦斯浓度少于之前的一半，且没有再发生因 瓦斯问题引起工作面断电现象。工作面推进速度明 45 40 35 2更30 锵卡25 鉴20 15 10 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 4丽采时间Id 图3不同抽放半径抽放钻孔抽放效果对比 Fig.3 Comparison of drainage effect of different radius 表11606工作面瓦斯抽放效果对比分析 Table 1 Comparative analysis of the gas drainage effect in working face 1606 相对瓦斯压力SF6气体 测定法示踪法 项目 抽采率／15 31.2 抽放管内平均瓦斯浓度／8 15.5 抽放管内瓦斯负压力/kPa23.1 14.6 回风流平均瓦斯浓度／0.86 0.35 月平均因瓦斯断电次数／次4 。 工作面推迸进度／（m月＿，） 51 78 工作面月平均产煤量／（I 04t月＿，）5.8 6.9 显加快，月均产煤量由原来的5.8xl04t提高到 6.9 x 104t，提高了近20，效果显著。 参考文献 l］刘文波．长钻孔在煤与瓦斯突出厚煤层群瓦斯预抽中的研究 与应用［DJ.沈阳煤科总院沈阳研究所，2009. 2］郝富昌，刘明举，孙丽娟．瓦斯抽采半径确定方法的比较及 存在问题研究问煤炭科学技术，2012,4012 55-58. 3］陈金玉，马圣梁，孔一凡，马超SF6气体示踪法测定钻孔瓦 斯抽放有效半径［巧．煤矿安全，2008923-25. 4］窦永山，王魁军，邱宝构，等AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放 规范［SJ.北京煤炭工业出版社，2007. （责任编辑末震炎） ChaoXing
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