李博章李博
( 义煤集团 伊川区域煤业有限公司，河南 伊川 471300)
摘要: 以千米钻机抽采瓦斯技术研究为基础，通过研究钻孔长度对抽采瓦斯及抽采瓦斯总量的影响、不同长 度和间距的羽状钻孔抽采的问题，分析了钻孔长度对抽采瓦斯量的影响，为采用千米钻机抽采瓦斯提供了技 术保障，实现了矿井安全高效回采。
关键词: 千米钻机; 钻孔长度; 瓦斯抽采; 安全高效 中图分类号: TD712． 6
文献标志码: B
文章编号: 1003 － 0506( 2012) 04 － 0096 － 02
随着矿井开采深度的不断增加，煤层瓦斯压力 和瓦斯含量逐年加大，一些矿井由低瓦斯矿井逐渐 转变为高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井，我国已成
为世界上煤与瓦斯突出灾害最严重的国家之一［1］
。
由于煤层条件复杂，长钻孔成孔工艺难度较大，许多 矿井在瓦斯抽采过程中一直受到钻机装备及长钻孔 成孔、抽采瓦斯技术等因素制约。因此，实现千米钻 机钻孔抽采瓦斯，分析研究钻孔长度，对瓦斯抽采效 果的影响具有重要的现实意义。
的大小，但煤层透气性又影响钻孔单位时间内瓦斯 抽采量，在煤体特性相同、煤层中瓦斯含量一定的条 件下，煤层透气性越好，钻孔抽采瓦斯流量越大，反
之越小。对于瓦斯抽采钻孔来说，钻孔瓦斯流量主 要表现在所有暴露孔壁瓦斯涌出量的累积，钻孔长 度越长，单位时间内抽采的瓦斯量就越多。根据钻 孔长度进行瓦斯抽采量的对比情况如图 1—3 所示。 423，600，800 m 钻孔的长度比值为 1∶ 1. 42∶ 1. 89，初 始抽采瓦斯流量的比值为 1 ∶ 6 ∶ 6. 71。可见，随着钻 孔长度的不 断 增 加，初始抽采瓦斯流量随之增加。 另外，随着钻孔长度的增加，钻孔流量衰减系数不断 减小，有利于瓦斯抽采。
1 矿井概况
寺河井田位于晋城西区东南部，矿井设计生产 能力 1 080 万 t / a 。目前寺河煤矿主采 3#
煤层，煤的
坚固性系数 1 ～ 2，该煤层富含瓦斯，矿井绝 对 瓦 斯
涌出量为 346． 85 m 3
/ m i n ，相对瓦斯涌出量为 21． 63
m 3 / t ，瓦斯压力 0． 1 ～ 0． 29 MP a ，煤层渗透率 1． 30 ～
1． 95 m / d ，为高瓦斯矿井。3#
煤位于二叠系下统山
西组下部，煤厚 4. 40 ～ 8. 86 m ，平均厚 6. 20 m ，一般 在 6. 0 m 以上，煤层稳定; 顶板主要是泥岩、粉砂质 泥岩、粉砂岩，局部为细、中粒砂岩; 底板主要是黑 泥岩、粉砂岩，局部为细粒砂岩; 夹石 0 ～ 4 层，夹石 厚度不大，一 般 厚 为 0. 10 ～ 0. 30 m ，属 结 构 简 单 至 较简单煤层。该矿自建成投产，矿井瓦斯抽采量由 原来 的 18. 28 m 3 / m i n 提 升 到 目 前 的 184 m 3 / m i n 。 矿井抽采瓦斯浓度超过 50% ，瓦斯抽采率高达 60. 15% ，瓦斯抽采取得了明显效果。
2 钻孔长度对抽采瓦斯流量的影响
3 钻孔长度对抽采瓦斯总量的影响
钻孔长度分别 为 800，600，423 m 时，钻 孔 累 计 煤层中原始瓦斯含量决定了钻孔中瓦斯抽采量
收稿日期: 2011 － 12 － 24
作者简 介: 李 博 章 ( 1970—) ，男，河 南 镇 平 人，工 程 师，1993 年 毕 业 于焦作矿业学院，现从事煤炭技术管理及研究工作。
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抽采瓦斯量与时间的关系如图 4 所示。当抽采时间 相同时，钻孔长度越长，累计抽采瓦斯量越大; 钻孔
李博章: 钻孔长度对瓦斯抽采效果的影响分析
2012 年第 4 期 总第 196 期 的长度相差越大，累计抽采瓦斯量相差越大。由此 可见，累计 抽 采 瓦斯量的大小受钻孔长度的影响。
在其他条件相同的情况下，瓦斯抽采钻孔越长，钻孔
累计抽采瓦斯量越大。
实际抽采过程中，钻机决定了抽采钻孔的长度， 对于长钻孔而言，施工难度较大。从目前寺河矿采 用千米钻机的成孔情况来看，
600 m 长的瓦斯抽 采 钻孔较少，大部分瓦斯抽采钻孔长度在 300 m 左右， 结合工人操作千米钻机的熟练程度以及矿井生产对 煤层瓦斯预抽的需要，千米钻机施工钻孔的长度为 600 m 时较为适宜。
5
－ 0. 002 1t 600 m 组: Q 抽 = 9. 05 × 10 ( 1 －
e e
) )
5
－ 0. 006 2t
300 m 组: Q 抽 = 4. 79 × 10 ( 1 －
图 5 300 m 羽状钻孔瓦斯抽采量与时间的变化关系
4. 2 不同盘区的预抽率与预抽时间的关系
瓦斯抽采钻孔预抽率是指钻孔抽采的瓦斯量占
抽采范围内煤层瓦斯 总 储 量 的 比 例［2］
，由 η = 100Q 抽 / Q 总 计算。计算钻 孔 间 距 以 5 m 为 梯 度、预
抽时间 分 别 为 0. 5，1. 0，1. 5 a 的 预 抽 率。其 中，寺 河矿东盘区 和西盘区的极限抽采率分别为 61. 5% 和 78. 8% ，原始瓦斯含量分别为 9. 03，17. 63 m 3 / t ， 残存瓦斯含量分别为 3. 48，
3. 52 m 3 / t 。 由抽采结果可见，不同盘区的极限预抽率和目
标预抽率各 不 相 同，这是由煤层特性 和《煤 矿 瓦 斯 基本抽采指标》所决定的。在预抽时间确定的前提 下，有多种钻孔间距与钻孔长度组合能够达到所要 求的预抽率，使瓦斯抽采效率大大提高，保证了矿井 安全高效回采。
5 结论
( 1) 选用定 向 千 米 钻 机，在寺河煤矿的煤层地 4 不同长度和间距的羽状钻孔抽采
质条件下，可以实现长钻孔施工。
( 2) 在寺河 煤矿实施千米钻孔，随 着 钻 孔 长 度 的增加，钻孔抽采瓦斯量相应增加，表明在寺河煤矿 试验条件下实施长钻孔对抽采瓦斯非常有效。
( 3) 通过研 究，确定了在试验条件下不同抽采 时间达到 45. 0% 预抽率的钻孔合理间距。
( 4) 寺河 煤 矿通过实施千米长钻孔抽采瓦斯， 预抽 1. 5 a ，预抽率接近 49. 0% ，寺河煤矿的瓦斯抽 采率在 61. 5% 以上。 4. 1 不同长度钻孔的瓦斯抽采量与时间的关系
长 300 m 羽状钻孔抽采瓦斯量与时间的变化关 系如图 5 所示。300，
600，800 m 羽状钻孔抽采瓦斯 量衰减系数 β 在 0. 001 7 ～ 0. 006 2 d － 1
之间，250 m 长钻孔抽采瓦斯量衰减系数 β 在 0. 021 2 ～ 0. 045 2
d － 1 之 间，前者较后者系数减少了约 7. 29 ～ 12. 47 倍，系数明显降低． 采用千米钻机施工的羽状钻孔抽 采瓦斯效果明显提高，主要原因在于千米钻机施工 的羽状钻孔扰动较大，使得瓦斯卸压充分，其衰减规 律与 250 m 长瓦斯抽采钻孔基本一致，但是瓦斯流 量不同。
对不同时间钻孔抽采瓦斯总量进行计算，得到 各组特征曲线。
参考文献:
［1］ 王海锋，程远平，俞启香，等． 煤与瓦斯突出矿井安全煤量研究
［J ］． 中国矿业大学学报，2008，37( 2) : 236-240．
［2］ 杜子健，刘子龙． 煤矿井下顺煤层千米枝状长钻孔抽采瓦斯技
术［J ］． 矿业安全与环保，
2007，34( 1) : 27-30． ( 责任编辑: 刘光雨)
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－ 0. 001 7t
800 m 组: Q
抽
= 1. 25 × 10 ( 1 －
e
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