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[摘 要]郑煤集团芦沟煤矿为瓦斯矿井，属于典型的“三软”低透气性煤层，日常主要根据经验施工排放钻孔治理瓦斯，一直未能有效测试超前排放钻孔的有效排放半径，造成排放钻孔的设计比较盲目。2014年5月份，工程技术人员采用钻孔流量法，成功的对芦沟煤矿二1煤层的超前钻孔有效排放半径进行了测试，为“三软”低透气性煤层超前钻孔的布置提供数据支持，合理指导排放钻孔设计。
[关键词]低透气性煤层；钻孔流量法；排放半径
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0149-01
郑煤集团芦沟煤矿为瓦斯矿井，开采的二1煤层属于典型的“三软”低透气性煤层，掘进工作面一直主采用风排瓦斯治理措施，在掘进迎头超前施工排放钻孔作为瓦斯治理和瓦斯排放的有效措施。由于“三软”低透气性煤层钻孔瓦斯流量小，衰减快的特性[1]，未能有效测定超前钻孔有效排放半径，给超前排放钻孔设计带来很大困难。缺乏数据支持，排放钻孔设计比较盲目，造成误时误工现象比较突出，甚至为后期回采留下安全隐患。2014年5月份，在32121下付巷运用钻孔流量法成功的测试了芦沟煤矿二1煤层超前钻孔有效排放半径。
1 矿井瓦斯地质基本情况
芦沟煤矿主采二1煤层，该煤层层位较稳定，平均煤厚5m，块状煤质较硬，为黑色粉末状，具有金刚光泽，直接顶板为灰黑色泥岩和砂质泥岩，平均厚度6m，煤层顶底板受地质构造影响局部有起伏性变化。直接底板为浅黑色碳质泥岩，平均厚度7.6m。矿井瓦斯相对较低，历年瓦斯等级鉴定属于低瓦斯矿井，2013年瓦斯等级鉴定结果显示，全矿井瓦斯绝对涌出量5.86m3/min，相对涌出量3.15m3/t，二氧化碳绝对涌出量4.22m3/min，相对涌出量2.27m3/t，芦沟煤矿依然为瓦斯矿井。
矿井整体以低瓦斯为主，瓦斯分布和赋存规律明显，瓦斯赋存整体受构造控制，李家窝正断层尖灭处、芦沟正断层南部以及魏寨正断层北部瓦斯较大，其它区域较小，而且瓦斯赋存与煤层厚度呈一定关系，一般情况下，瓦斯赋存随煤层厚度的增加而增加。根据近年来瓦斯含量测试结果，32采区局部有瓦斯含量大于6 m3/t小于8 m3/t现象，最大瓦斯含量7.24 m3/t。
2 测定方法的对比选择
目前超前钻孔有效排放半径常用的测定方法主要有3种[2-4]：①瓦斯压力降低法；②钻屑解吸指标法；③钻孔瓦斯流量法。鉴于芦沟矿“三软”煤层的特性，煤层裂隙较发育，钻孔封孔困难，在煤层中难以准确测定瓦斯压力，采用瓦斯压力降低法测定数据不明显，造成结果误差偏大。钻孔钻屑破碎严重，钻屑筛选困难，瓦斯解吸衰减速度快，所以钻屑解吸指标法也不适用于“三软”煤层超前钻孔有效排放半径的测定，通过对比分析3种测定方法，最终选择钻孔瓦斯流量法测定芦沟煤矿“三软”煤层钻孔有效排放半径较为合适。
3 测定步骤
3.1 测试地点选择及钻孔布置
根据芦沟煤矿采掘活动情况，将测试地点选择在32121下付巷下2点西约20m处的巷道北帮，该地点煤层没有执行过瓦斯治理措施，煤层赋存稳定，周围受采动影响较小。测试钻孔与排放孔间距分别为0.5m、0.7m、0.9m、1.1m，采用四角布点方式布置，垂直于煤壁，互相平行，钻孔布置见图 1。
3.2 测试过程
（1）首先确定5#超前排放钻孔的具体位置，然后施工 1#、2#、3#、4#测试钻孔，孔径Φ42mm，孔深7m。
（2）每施工完一個测试钻孔，立即使用WY-I型瓦斯q值测定仪封孔并测定钻孔瓦斯流量，以后每隔5min记录一次，每个测试钻孔测定7次。
（3）每个钻孔测定完毕后，继续施工超前排放钻孔，直径为75mm，深度8m。期间继续测定所有测量钻孔的瓦斯流量，间隔不大于5min，并记录此时超前排放钻孔的深度。
（4）超前排放钻孔施工到位后，每隔10min记录一次各测试钻孔的瓦斯流量，连续记录2h或读不出数为止。
（5）如果连续3次记录测试钻孔的瓦斯流量都比施工超前钻孔前增大超过10%，即可判断该记录的测试钻孔处于超前排放钻孔的有效排放半径之内[5]。符合上述条件的测试钻孔距超前排放钻孔的最远距离，即为超前钻孔的有效排放半径。
3.3 数据处理及分析
根据所记录数据，分别绘制出施工超前排放钻孔前后1#、2#、3#、4#测量钻孔瓦斯流量随时间变化曲线图，见图2 、3所示。图2中所示第10分钟之后曲线变化趋于稳定，各测试孔钻孔瓦斯流量趋于平衡，1#～4#测量孔瓦斯流量平衡值分别为1.30、1.35、1.51、0.78L/min。施工完5#排放钻孔后，所测1#～2#测量孔瓦斯流量增加，1#测量孔流量增加显著，2#测量孔流量增加较小；3#～4#测量孔瓦斯流量无增加趋势。
图3表明：测量钻孔瓦斯流量增幅、随着与超前排放钻孔间距增大而减小；并随着时间的增加而不断减小的趋势，说明距离5#超前排放钻孔越远、时间越长，对1#、2#、3#、4#测量钻孔瓦斯流量影响就逐渐减小。其中 1# 测量孔瓦斯流量增幅最大，连续 8次测量增幅均超过10%，最高达到60%左右，2#测量孔增幅较小，没有超过10%。3#、4#测量孔瓦斯流量没有增加趋势，表明2#～4#测量孔不在超前排放钻孔的有效排放半径影响范围之内。
综合以上分析，将郑煤集团芦沟煤矿二1煤采用直径75mm 施工超前钻孔的有效排放半径定为 0.5m，比较合理。
4 结论
通过这次超前排放钻孔的有效排放半径的考察分析，最终确定芦沟煤矿“三软”煤层钻孔有效排放半径为0.5m。从根本上提高芦沟煤矿掘进工作面作业期间排放钻孔的利用率，解决了常用排放钻孔设计的无目的性问题，进而避免了设计和施工过程中出现钻孔控制不到的空白带或钻孔的无效叠加，为矿井今后高效生产作业提供了有力的数据支持。
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]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
[3] 蒋静宇，程远平，王亮，尚政杰，杨云.超前钻孔有效排放半径测定方法探讨[J].能源技术与管理，2009（4）：30-32.
[4] 李书现，王文彬，魏风清，刘操.低瓦斯低透气性煤层超前钻孔有效排放半径的测定[J].中州煤炭，2006（4）：92-93.
[5] 路学燊，郭献林.瓦斯钻孔排放半径测定方法的探讨与优化[J].煤炭科学技术，2011（12）：65-67.
[关键词]低透气性煤层；钻孔流量法；排放半径
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0149-01
郑煤集团芦沟煤矿为瓦斯矿井，开采的二1煤层属于典型的“三软”低透气性煤层，掘进工作面一直主采用风排瓦斯治理措施，在掘进迎头超前施工排放钻孔作为瓦斯治理和瓦斯排放的有效措施。由于“三软”低透气性煤层钻孔瓦斯流量小，衰减快的特性[1]，未能有效测定超前钻孔有效排放半径，给超前排放钻孔设计带来很大困难。缺乏数据支持，排放钻孔设计比较盲目，造成误时误工现象比较突出，甚至为后期回采留下安全隐患。2014年5月份，在32121下付巷运用钻孔流量法成功的测试了芦沟煤矿二1煤层超前钻孔有效排放半径。
1 矿井瓦斯地质基本情况
芦沟煤矿主采二1煤层，该煤层层位较稳定，平均煤厚5m，块状煤质较硬，为黑色粉末状，具有金刚光泽，直接顶板为灰黑色泥岩和砂质泥岩，平均厚度6m，煤层顶底板受地质构造影响局部有起伏性变化。直接底板为浅黑色碳质泥岩，平均厚度7.6m。矿井瓦斯相对较低，历年瓦斯等级鉴定属于低瓦斯矿井，2013年瓦斯等级鉴定结果显示，全矿井瓦斯绝对涌出量5.86m3/min，相对涌出量3.15m3/t，二氧化碳绝对涌出量4.22m3/min，相对涌出量2.27m3/t，芦沟煤矿依然为瓦斯矿井。
矿井整体以低瓦斯为主，瓦斯分布和赋存规律明显，瓦斯赋存整体受构造控制，李家窝正断层尖灭处、芦沟正断层南部以及魏寨正断层北部瓦斯较大，其它区域较小，而且瓦斯赋存与煤层厚度呈一定关系，一般情况下，瓦斯赋存随煤层厚度的增加而增加。根据近年来瓦斯含量测试结果，32采区局部有瓦斯含量大于6 m3/t小于8 m3/t现象，最大瓦斯含量7.24 m3/t。
2 测定方法的对比选择
目前超前钻孔有效排放半径常用的测定方法主要有3种[2-4]：①瓦斯压力降低法；②钻屑解吸指标法；③钻孔瓦斯流量法。鉴于芦沟矿“三软”煤层的特性，煤层裂隙较发育，钻孔封孔困难，在煤层中难以准确测定瓦斯压力，采用瓦斯压力降低法测定数据不明显，造成结果误差偏大。钻孔钻屑破碎严重，钻屑筛选困难，瓦斯解吸衰减速度快，所以钻屑解吸指标法也不适用于“三软”煤层超前钻孔有效排放半径的测定，通过对比分析3种测定方法，最终选择钻孔瓦斯流量法测定芦沟煤矿“三软”煤层钻孔有效排放半径较为合适。
3 测定步骤
3.1 测试地点选择及钻孔布置
根据芦沟煤矿采掘活动情况，将测试地点选择在32121下付巷下2点西约20m处的巷道北帮，该地点煤层没有执行过瓦斯治理措施，煤层赋存稳定，周围受采动影响较小。测试钻孔与排放孔间距分别为0.5m、0.7m、0.9m、1.1m，采用四角布点方式布置，垂直于煤壁，互相平行，钻孔布置见图 1。
3.2 测试过程
（1）首先确定5#超前排放钻孔的具体位置，然后施工 1#、2#、3#、4#测试钻孔，孔径Φ42mm，孔深7m。
（2）每施工完一個测试钻孔，立即使用WY-I型瓦斯q值测定仪封孔并测定钻孔瓦斯流量，以后每隔5min记录一次，每个测试钻孔测定7次。
（3）每个钻孔测定完毕后，继续施工超前排放钻孔，直径为75mm，深度8m。期间继续测定所有测量钻孔的瓦斯流量，间隔不大于5min，并记录此时超前排放钻孔的深度。
（4）超前排放钻孔施工到位后，每隔10min记录一次各测试钻孔的瓦斯流量，连续记录2h或读不出数为止。
（5）如果连续3次记录测试钻孔的瓦斯流量都比施工超前钻孔前增大超过10%，即可判断该记录的测试钻孔处于超前排放钻孔的有效排放半径之内[5]。符合上述条件的测试钻孔距超前排放钻孔的最远距离，即为超前钻孔的有效排放半径。
3.3 数据处理及分析
根据所记录数据，分别绘制出施工超前排放钻孔前后1#、2#、3#、4#测量钻孔瓦斯流量随时间变化曲线图，见图2 、3所示。图2中所示第10分钟之后曲线变化趋于稳定，各测试孔钻孔瓦斯流量趋于平衡，1#～4#测量孔瓦斯流量平衡值分别为1.30、1.35、1.51、0.78L/min。施工完5#排放钻孔后，所测1#～2#测量孔瓦斯流量增加，1#测量孔流量增加显著，2#测量孔流量增加较小；3#～4#测量孔瓦斯流量无增加趋势。
图3表明：测量钻孔瓦斯流量增幅、随着与超前排放钻孔间距增大而减小；并随着时间的增加而不断减小的趋势，说明距离5#超前排放钻孔越远、时间越长，对1#、2#、3#、4#测量钻孔瓦斯流量影响就逐渐减小。其中 1# 测量孔瓦斯流量增幅最大，连续 8次测量增幅均超过10%，最高达到60%左右，2#测量孔增幅较小，没有超过10%。3#、4#测量孔瓦斯流量没有增加趋势，表明2#～4#测量孔不在超前排放钻孔的有效排放半径影响范围之内。
综合以上分析，将郑煤集团芦沟煤矿二1煤采用直径75mm 施工超前钻孔的有效排放半径定为 0.5m，比较合理。
4 结论
通过这次超前排放钻孔的有效排放半径的考察分析，最终确定芦沟煤矿“三软”煤层钻孔有效排放半径为0.5m。从根本上提高芦沟煤矿掘进工作面作业期间排放钻孔的利用率，解决了常用排放钻孔设计的无目的性问题，进而避免了设计和施工过程中出现钻孔控制不到的空白带或钻孔的无效叠加，为矿井今后高效生产作业提供了有力的数据支持。
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]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
[3] 蒋静宇，程远平，王亮，尚政杰，杨云.超前钻孔有效排放半径测定方法探讨[J].能源技术与管理，2009（4）：30-32.
[4] 李书现，王文彬，魏风清，刘操.低瓦斯低透气性煤层超前钻孔有效排放半径的测定[J].中州煤炭，2006（4）：92-93.
[5] 路学燊，郭献林.瓦斯钻孔排放半径测定方法的探讨与优化[J].煤炭科学技术，2011（12）：65-67.