排放钻孔有效半径的简易确定方法
抽放有效半径的确定
有效抽放半径的确定预抽煤层瓦斯是防治矿井瓦斯超限和煤与瓦斯突出的重要措施，在一定程度上缓解了煤矿煤层开采的瓦斯问题，是矿井安全生产的重要保证，但如果抽放钻孔参数布置不合理，预抽时间不足等因素，将会影响煤层瓦斯预抽效果，从而起不到应有的瓦斯治理效果。
因此，正确掌握煤层瓦斯合理的预抽参数，是煤矿瓦斯抽放的关键。
瓦斯抽放参数中，主要是指不同煤层的抽放半径，而煤层抽放半径与煤层的原始瓦斯压力、瓦斯含量、透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数、抽放负压以及抽放钻孔直径等众多因素有关。
1抽放半径测算原理在本次测算原理分析中，拟采用渗流理论的方法确定钻孔的抽放有效半径。
1.1基本假设① 钻孔周围初始瓦斯压力均匀分布，为煤层原始瓦斯压力，P 0（MPa ） ② 钻孔周围煤层渗透率各向同性，其值为K （达西） ③ 瓦斯解吸过程是等温过程④ 瓦斯渗流过程质量守恒，且符合达西定律（Darcy Law ）⑤ 1.2取如图1的宽度取单位宽度在t 度为v r ρ度为：rv v r r ∂∂+)(ρρ元体的瓦斯量为：dt dr rdr r M v v r r )).((22∂++=ρπ （1 -2）在dt 时间内流出单元体的瓦斯量为：dr rr M v r ).(21ρπ= （1-3） 则在dt 时间内，单元体内的瓦斯质量的增量为：dt r dt dr rdr r M M M v v v r r r ).(2))()((212ρπρρπ-∂∂++=-=∆将上式整理并略去高阶无穷小量，得：drdt r r r M v v r r ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+∂∂=∆)(1)(2ρρπ （1-4）从瓦斯含量变化的角度看，dt 时间内单元体的瓦斯质量变化量为： dt t wrdr M ∂∂=∆)2('πρ （1-5）式中 ρ––––压力为P 时的瓦斯气体密度；r,dr ––––为单元体的半径及半径增量；v r——瓦斯径向流动的线速度；tw∂∂——单元体瓦斯含量随时间的变化率。
超前钻孔有效排放半径的测定方法
超前钻孔有效排放半径的测定方法1超前钻孔的防突机理在沿煤层打的钻孔周围出现塑性带，在塑性带内煤层应力和瓦斯含量严重下降。
在钻孔周围形成的非弹性变形带具有应力减小的特征（图1）。
由于在钻孔周围煤体应力减小，煤层透气性增加，煤层瓦斯自然排放，导致其突出危险性消除。
在钻孔周围，由于卸压和排放突出危险性消除的煤层区段长度，称为钻孔有效作用半径。
塑性带之后为煤层弹性变形带。
2超前钻孔措施参数有：钻孔直径d、深度L、钻孔有效作用半径（卸压和排放作用半径）R、钻孔最小超前距L、钻孔之间的距离a。
min根据我国《防治煤与瓦斯突出细则》第70条，超前钻孔直径应根据煤层赋存条件和突出情况确定，一般为75~120mm，地质条件变化剧烈地带也可以采用直径42mm的钻孔。
若超前钻孔直径超过120mm时，必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施。
钻孔深度没有限制，但在打新一茬钻孔时最小超前距应不小于5m，而钻孔之间的距离不应超过2R。
3 超前钻孔有效排放半径的测定方法目前常用的钻孔有效排放半径的测定方法有三种：①瓦斯压力降低法；②钻孔瓦斯流量法；③工作面点预测预报法。
本次测定采用钻孔瓦斯流量法。
钻孔瓦斯流量法测定步骤如下：（1）沿工作面软分层打4个相互平行的测量钻孔，孔径42mm，孔长7m，测量钻孔的布置方式如图2所示；图2 钻孔布置图1、2、3、4——测量钻孔；5——排放钻孔（2）每个测量钻孔打钻结束后，立即封孔，测量室长度为1m。
聚氨脂封孔长度应不小于1m。
封孔后立即测量瓦斯涌出速度，以后每隔5min测量一次瓦斯涌出速度，每一测量钻孔测定次数不得少于5次；（3）最后所打测量钻孔的瓦斯涌出速度测量不小于5次后，按图2所示位置施工1个与测量钻孔平行的超前钻孔，其直径75mm，深度8m。
在打超前钻孔过程中，继续测定所有测量钻孔的瓦斯涌出速度，其间隔不大于5min，并记录此时所打超前钻孔的深度；（4）超前钻孔打完后，每隔5min测定各测量钻孔的瓦斯涌出速度；（5）打完超前钻孔后测定2h；（6）绘制出各测量孔的瓦斯涌出量变化图；（7）当距所打钻孔最远的测量钻孔，与其瓦斯涌出速度升高前的最后值相比，3次测量均增大10％以上时，取所打钻孔与该测量钻孔间的距离作为有效作用半径值。
基于流量法的钻孔有效排放半径考察应用
３ ２
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ － ９ ９ ４ ３ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ４ ． ０１ ２
２ ０ １ ７年第 ４ ２卷第 ４期
Ｖｏ １ ． ４ ２ Ｎｏ ． ４
～
Ｅｎｅ ｒ ｇ ｙ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎｄ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎｔ
（ ５ ） 施工 完 排放 钻 孔后 ，继续 考察 各 钻 孔 的
瓦斯 流 量 ， １ 次／ １ ０ｍｉ ｎ 。
（ ６ ） 施 工排 放钻 孔结 束后 ２ ｈ内 ， 记 录并 绘 出
各 钻孔 的瓦斯 流 量变化 曲线 。 （ ７ ） 如 果某 一个 钻 孔连 续 ３次 测 定 的瓦 斯 流
次。
置参数 ， 有利于提高掘进效率 … 。一般来说 ， 施工
瓦斯 排放 钻 孔 的意义 在 于排放 瓦斯 ，从 而 防止 工
（ ４ ） 在施 工排 放 钻孔 过 程 中 ， 记 录开 孑 Ｌ 时问 、 终孔时间 、 孔深 、 开 始封 孔 时 间 、 封孔 完 成 时 间 和 各钻 孔 瓦斯 流量 的变化 情况 。
封孔 长 度为 ２ ｍ。
０ 引 言
超前 钻 孔瓦 斯排 放半 径 的考察 对 突 出矿井 至 关重 要 ，合 理确 定排 放半 径可 以优 化排 放 钻孔 布
（ ３ ） 每 密封 ｉ 个钻孑 Ｌ ，立 即测 定该 孑 Ｌ 瓦斯 流 量 ，考 察 间隔为 １ 次／ １ ０ｍ ｉ ｎ ，测定 次 数至 少 为 ５
个 测试 孔 ， 孔深 １ ２ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ， 孔径 ７ ５ ｍｍ， 间 距根 据 测 试
超前钻孔有效排放半径的测定技术应用
表 ２超前钻孔有效排放半径测定记 录表
钻孔 编号 ２ ＃ ３ ＃ ４ ＃ ５ ＃ 距考察孔距离 （ ｍ ） ０ ． ４ ０ ． ７ Ｄ ． ９ ｌ ＿ １ 时间 （ ｍ ｉ ｎ ） 流量 ‘ ｌ（ Ｌ ／ ｎ ｔ ｉ ｎ ）
０ ２ ． ２ ３ Ｌ ９ｌ ｎ ｌ ０ ７ ２ ． ４ ９
科 技 创 新
２ ０ １ ３ 年 第１ 期Ｉ 科技创新与应用
超前钻 孔有效排放半径 的测定技术应用
闵 瑞
（ 冀 中能 源邯矿集 团聚隆矿业公 司， 河北 邯郸 ０ ５ ６ ３ ０ １ ） 摘 要： 施工超 前瓦斯排放钻孔是 消除煤层突 出危 险的有效途径 ， 而有效排放半径是指 导超前钻孔 设计 的依据 。运用瓦斯流量 法 测定 超 前钻 孔 有 效排 放 半 径 ， 为防 治煤 与 瓦斯 突 出 ， 优 化 超前 钻 孔 布 置 ， 提 供 了科 学依 据 。 关键词 ： 瓦斯 突出； 超前钻孔 ； 有效排放半径
１ ２ ０ １ ３ ０
１ ４ ０
ｌ ５ ０ ｌ 印 １ ７ ０ １ ８ ０
２ ． １ ２ １ ． ９ ９ ） ＿ ０ ７ ２ ． ２ ５ 考察孔 １ ． ７ ６ １ ． ８ ７ ｒ 】 ＿ １ ４ ２ ． ３ ０ 施工后
１ ． ８ ５ １ ． ６ ５ ： 【９ ７ ２ ． ０ ８
４ ‘ 施工 措施 孔
５ ｔ ｔ ຫໍສະໝຸດ 前平均流量 １ ． ８ 垦
１ ． ９ ２
９ ８
２ ． ４ ｌ
具体测定步骤为 ： 首先确定 １ ＃考 察 孔 位 置 ， 用ｄ Ｐ ４ ２ ｍ ｍ 钻 头 开 孔， 孔深 ｌ ｍ。然后依次施工 ２ ＃ 、 ３ ＃ 、 ４ ＃ 、 ５ ＃测量孔 ， 孔径 ＠ ４ ２ ｍ ｍ， 孔
超前钻孔有效排放半径的测定及布置优化
超前钻孔有效排放半径的测定及布置优化作者：邵广印来源：《科技资讯》 2014年第24期邵广印(淮南矿业集团谢桥煤矿综采一队安徽淮南 236232)摘要:淮南矿区谢桥煤矿1232(3)煤层具有突出危险,两巷掘进时采用顶板高位钻孔、沿煤层钻孔和穿层钻孔等方式进行瓦斯抽采,抽采钻孔的大量布置影响着巷道掘进速度。
本文在结合工程条件,对超前钻孔有效排放半径进行测定,在此基础上提出了钻孔布置的优化方案。
关键词:瓦斯突出超前钻孔有效排放半径布置优化中图分类号:TD713 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)08(c)-0085-01谢桥矿1232(3)工作面为西二与西一西采区联合开采的13-1煤三阶段,主采煤层为突出危险煤层,具有高瓦斯和高冲击矿压倾向性。
因此,在工作面顺槽掘进过程中,采取有效的防突措施是至关重要的,也是十分必要的。
实验及现场实践表明,煤层瓦斯预抽在强制性区域防突方面可取得良好的效果,在淮南矿区已作为防突的关键措施得到广泛采用。
由于淮南矿区煤层普遍具有低渗透性,因此采用了顶板高位钻孔、沿煤层钻孔和穿层钻孔等多种抽采方式确保瓦斯的抽采效果。
然而,布置大量的抽采钻孔虽保障了矿井的安全生产,却也降低了采区的准备速度,制约着工作面的接替。
因此,如何在保证抽采效果的同时,降低钻孔的布置数量,进而实现巷道的快速掘进显得尤为重要。
对于超前钻孔来说,有效排放半径是指其在径向上能够消除突出危险的最大范围。
有效排放半径作为防突措施的重要参数,指导着超前钻孔的布置方式。
因此,准确的测定超前钻孔的有效排放半径,可指导超前钻孔布置方式的优化,不仅能够确保防突效果,同时能够加快突出煤层巷道的掘进速度。
1 工程概况谢桥矿1232(3)工作面回风顺槽煤层底板标高为-463.6～-524.4 m,运输顺槽煤层底板标高为-521.0～-555.3 m。
西起F5断层(矿井边界),东至F6断层。
工作面北边1222(3)W、1222(3),东边1231(3)工作面已回采完毕。
低瓦斯低透气性煤层超前钻孔有效排放半径的测定
８ｍ， 深孔 达 １ 最 ０ｍ。根 据 预测结 果 ， 孔 瓦斯 涌 钻
出初 速度 ｑ值和 钻屑 瓦斯 解 吸指标 △ 几乎 测不 出
来 ， 屑量 Ｓ值也 没有 超标 现象 ， 钻 测试 过程 中也未 出 现 喷孔 、 钻 等动力 现 象 。 夹
根据 统计 结 果 ， 进 工 作 面 瓦斯 涌 出量 的平 均 掘 值 为 ０ １ ０ ６ ｍ ｎ 回采 工作 面瓦 斯 涌 出量的 ． ８～ ． ７ｍ ／ ｉ ；
收 稿 日期 ： ０ ６— ３— ６ ２０ ０ ０
（ ） 试 结 束 后 ， 钻 孔 扩 大 到 排 放 钻 孔 的设 ２测 将
（ ） 没有 执 行过 防 突措 施 的有 突 出危 险 的采 １在
掘工 作面 ， 其 软 分 层 中先 打一 个 考 察 孔 （ ） 在 １孔 ， 测 量 每米 的钻 屑 量 与钻 屑 瓦 斯 解 吸指 标 、 钻孔 瓦斯
涌 出初速 度 ， 钻孔 深 ８～１ 钻 孔直 径为 ４ ｍ。 ０ｍ， ２ｍ
摘 要 ： 据 自庙 煤 矿 二 。 层 为 低 瓦 斯 低 透 气 性 的 实 际 情 况 ， 用 钻 屑 量 法 测 定 了 二． 层 ０ ７ ｍ 超 前 钻 根 煤 采 煤 ５ｍ 孔 的有 效 排 放 半 径 ， 超 前 钻 孔 的设 计 布 置 提 供 了科 学 依 据 。 为 关键 词 ： 瓦 斯 ； 透 气 性 ； 放 半 径 ； 屑 量 低 低 排 钻 中 图 分 类 号 ：Ｄ １． Ｔ ７２ ６ 文 献标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ３— ５ ６ ２０ ）４— ０ ６— ２ １０ ００ （０ ６ ０ ０ ８ ０
排放钻孔有效半径的简易确定方法
第2期东北煤炭技术N o .21996年4月 Coal Technol ogy of N ortheast China A p r .1996排放钻孔有效半径的简易确定方法淮南矿业学院 卢 平 摘 要 建立了排放钻孔周围煤体瓦斯流动的数学模型,探讨其数值解,并在此基础上分析了钻孔瓦斯涌出规律,提出了根据钻孔瓦斯流量测定简易确定钻孔有效排放半径的方法。
关键词 突出危险煤层 排放钻孔 有效排放半径Abstract T he paper introduces the dis po sal p rocess of s pontaneous com busti on of the re 2m a m ed coal in the goaf of coal face 23040in Gaozhuang coal m ine of p ing ding shan M ine Bu 2reau ,and then analyses the key techn ique ,s pecific m easures ,and its effect of p reven ting s ponta 2neous com busti on of re m ained coal in the goaf of the m ine .Keywords goaf ,coal s pon taneous com busti on ,air leakage ,igniti on s ource 在煤与瓦斯突出矿井中,防止煤与瓦斯突出的局部措施目前仍以排放钻孔为主。
确定钻孔的有效排放半径对正确设计排放钻孔方法、数目具有重要的现实意义,目前现场排放钻孔有效半径确定方法主要有两种:压力法和流量法。
压力法需要在煤层中打测压钻孔,周期长、工程量大且成功率低。
流量法(《防突细则》介绍使用的方法)是在工作面软分层内不同间距打几个流量测量孔(直径42mm ),并测定这些钻孔瓦斯涌出量随时间的变化规律。
屯兰煤矿超前排放钻孔有效排放半径的研究
收稿日期2019-05-21作者简介 高俊奇（1973-），男，本科，2013年毕业于中北大学安全工程专业，通安工程师，从事通风与安全工作。
屯兰煤矿超前排放钻孔有效排放半径的研究高俊奇（西山煤电屯兰矿通风区，山西 古交 030206）摘 要为了解决屯兰煤矿防突措施中超前排放钻孔孔径选取和钻孔布置的问题，根据钻孔瓦斯涌出量与排放时间的关系，测定钻孔瓦斯涌出量变化率以确定超前钻孔的有效排放半径。
结果表明：屯兰煤矿2#、4#、8#和9#煤煤层超前钻孔的有效排放半径分别为0.5m 、1m 、0.5m 、0.5m ，为屯兰煤矿超前排放钻孔的设计提供了依据，提高了防突措施效果。
关键词瓦斯涌出量 排放钻孔布置 有效排放半径中图分类号 TD712+.6 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2019.11.038Study on Effective Discharge Radius of Advance Drill Hole in Tunlan Coal MineGao Jun-qi(Ventilation Area of Tunlan Coal Mine, Xishan Coal and Electricity Group, Shanxi Gujiao 030206)Abstract : In order to select borehole diameter and design borehole layout for outburst prevention in Tunlan Coal Mine, according to the relationship between gas emission and drainage time, the change rate of borehole gas emission was measured to determine the effective drainage radius of the advance borehole. The results show that the effective discharge radius of advance boreholes in No.2, No.4, No.8 and No.9 coal seams of Tunlan Coal Mine are 0.5m, 1m, 0.5m and 0.5m respectively. It provides a basis for the design of advance discharge boreholes in Tunlan Coal Mine and improves the outburst prevention effect.Key words : gas emission quantity arrangement of discharge boreholes effective discharge radius屯兰矿为煤与瓦斯突出矿井，随着煤矿开采深度的增加，瓦斯压力、地应力也在增大，煤与瓦斯突出危险也就随之加大。
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排放钻孔有效半径的简易确定方法
淮南矿业学院卢平
摘要建立了排放钻孔周围煤体瓦斯流动的数学模型,探讨其数值解,并在此基础上分析了钻孔瓦斯涌出规律,提出了根据钻孔瓦斯流量测定简易确定钻孔有效排放半径的方法。
关键词突出危险煤层排放钻孔有效排放半径
东北煤炭技术1996年4月第2期P：36-38
在煤与瓦斯突出矿井中,防止煤与瓦斯突出的局部措施目前仍以排放钻孔为主。
确定钻孔的有效排放半径对正确设计排放钻孔方法、数目具有重要的现实意义,目前现场排放钻孔有效半径确定方法主要有两种:压力法和流量法。
压力法需要在煤层中打测压钻孔,周期长、工程量大且成功率低。
流量法(《防突细则》介绍使用的方法)是在工作面软分层内不同间距打几个流量测量孔(直径42mm),并测定这些钻孔瓦斯涌出量随时间的变化规律。
随后在适当位置打一排放钻孔,根据测定各测量孔内瓦斯涌出量的变化来确定排放钻孔的卸压影响半径。
流量法各孔间距的确定带有一定的经验性,也未考虑排放时间对钻孔有效排放半径的影响(2h测定时间太短),且难以准确确定钻孔有效排放半径。
因此,简单而准确确定钻孔有效排放半径是现场人员非常关心的问题。
1 排放瓦斯钻孔周围煤体瓦斯流动规律
设瓦斯在煤体中的流动符合达西定律,煤层瓦斯含量符合抛物线方程,则由连续性方程可推导出钻孔周围煤体瓦斯流动方程为[1]
对单一自然排放瓦斯钻孔,其初始边界条件:
式中P——瓦斯压力平方,P=p2;
p0,p1——分别为煤层原始瓦斯压力和大气压力, MPa;
r0,rm——分别为钻孔半径和钻孔排放瓦斯半径, m;
λ——煤层透气系数, m2/ (MPa2·d);
a——煤的瓦斯含量系数, m3/(MPa1/2·n3);
t——钻孔排放瓦斯时间, d。
则单位长度煤层钻孔的瓦斯涌出量为
单位长度煤层钻孔总瓦斯涌出量为
式中p(t)为t时刻钻孔周围瓦斯压力分布。
流动方程(1)为非线性抛物型方程,只要基础参数(原始瓦斯压力、瓦斯含量系数、煤层透气系数、钻孔参数)确定,其解是唯一的,但其解析解的求解是困难的。
可利用计算机模拟求其数值解[1]。
图1为给定时间不同透气系数时钻孔周围煤体瓦斯排放模拟结果。
图2为同一煤层透气系数不同排放时间时钻孔周围煤体瓦斯排放模拟结果。
数值模拟和实测结果都表明,钻孔瓦斯的涌出速度随时间的延长而降低。
钻孔累计瓦斯涌出总量随时间的延长而趋于稳定。
煤层透气系数是影响钻孔瓦斯涌出的主要因素,随钻孔排放瓦斯时间的延长,钻孔周围煤体受瓦斯排放的影响范围趋于稳定。
对低透气性煤层,趋于稳定的时间短,影响范围小;对透气性好的煤层,趋于稳定的时间长,影响范围大。
根据数值模拟和实测各时刻的钻孔瓦斯的涌出总量,并且经过数学分析,结果表明,钻孔排放瓦斯总量随时间的变化关系可用下式表示:
式中Q0——钻孔极限排放瓦斯量, m3;
β——钻孔瓦斯流量衰减系数, d-1;
t——钻孔排放瓦斯时间, d。
图3为淮南某矿钻孔瓦斯排放总量随时间的模拟和实测结果比较。
需说明的是,为与实际情况相符合,模拟电算时,将钻孔周围分为两个区,受钻孔影响的卸压区(Ⅰ)和不受影响的原始区(Ⅱ)。
在Ⅱ区内煤层的透气性不变,仍为煤层的原始透气系数,Ⅰ区范围的大小根据实际条件确定:钻孔直径300mm时为600mm (距钻孔中心),直径75mm时为150mm,其余由内插法求出。
Ⅰ区内透气系数的大小根据模拟计算确定为煤层的原始透气系数的5倍(按平均值计)。
由图3可知,按变透气系数计算时,模拟结果和实测结果基本一致,若按原始常透气系数计算,则解算结果比实测结果小得多,说明在计算煤层瓦斯流动时,将透气系数看作是原始常透气系数是不正确的。
2 排放钻孔有效半径的计算方法
排放钻孔有效排放瓦斯半径是指在规定时间内,在该半径范围内的瓦斯压力或瓦斯含量降到安全容许值(一般取瓦斯压力降到1MPa),则
由于r0≤r n,则钻孔的有效排放瓦斯半径可近似按下式计算:
式中L——钻孔中煤层部分长度, m;
X0——煤层原始瓦斯含量,X0=a·
P;
X1——煤层安全容许瓦斯含量,X1=a。
图4为钻孔有效排放半径随时间的变化关系。
由图4及式(5)可知,钻孔有效排放半径随时间的延长而逐渐增大,并存在一个极值,极限有效半径为
煤层的透气性越差r max越小,反之就越大。
3 主要结论
排放钻孔的有效半径是由煤层赋存条件和排放时间决定的。
可由煤层赋存的基础参数通过数值模拟电算确定,也可根据一个预先排放钻孔瓦斯流量的测定,由式(5)计算确定,从而可节省大量的时间和工程量,而且简单易行。
参考文献
1 卢平.煤层瓦斯流动的电算模拟.淮南矿业学院学报,199
2 (1).
2 俞启香编著.矿井瓦斯防治(第1版).徐州:中国矿业大学出版社, 1992.。