钻孔的排放有效影响范围

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1、钻孔的排放有效影响范围（半径）一. 概述突出煤矿中使用最多的防治突出措施是各 种直径的排放钻孔,它不仅应用于煤巷、也在石 门揭穿煤层中和上山与回采工作面中广泛使用. 人们普遍认为其有良好的纺织突出效果.但是在 使用过程中,有时也回发生在已打好的大直径钻 孔周围打孔、扩孔时也会发生强度不小的突出, 因而就会对钻孔的排放防治突出的效果提出质疑 , 是不是此煤层不适应使用钻孔排放防治瓦斯突出 . 要想弄清楚此问题,首先要知道各种直径的有效 影响范围（半径）.一般认为钻孔的排放有效影响 范围（半径）随孔径的增大、排放时间的加长而增 加.看起来似乎合乎规律.但从理论与实践研究都 表明上述观点应加以修正,

2、即它们之间的关系不 是直线关系,而是曲线关系.换句话说在某一段直 径或时间范围内是钻孔的排放有效影响范围（半 径）与钻孔直径呈直线关系（或在某一排放时间段, 钻孔的有效影响范围（半径）随时间的加长而增大 超出此直线段则呈直径增大、排放时间增长,而 排放半径不会因此而出现明显的增加,且趋向于 稳定（达到其排放的极大值）.红卫煤矿过去曾对煤道周边的瓦斯压力分布进 行考查（可以视巷道为一大直径排放钻孔）.其结 果如图 1所示.图 1 巷道周围煤层瓦斯压力分布图靠近煤壁的煤层中的瓦斯与排放时间有关, 暴露的时间越短,近煤壁的瓦斯压力就越高,随着排放（或暴露）的时间加长,其排放影响范围逐渐 加大,但不成

3、直线关系,到一定时间就会处于平衡 状态.例如图 1 中,排放了 50 个月后距煤壁 4m 处 的瓦斯压力仅为4Mpa,而排放了 4天煤层瓦斯压力同样也为4 Mpa的地点，距煤壁的距离仅为 2m左右,也就是说经过将近两年左右的排放,排放 影响范围仅扩大了 2m, 排放影响范围的扩展速度, 发展的非常缓慢,应该说这与煤层的透气性有关, 因为突出煤层的透气性系数一般都很低,排放瓦 斯困难,容易形成高的压力梯度,上述观点,经现 场测试也证明了这点. 红卫煤矿测试煤层的透气 性系数约为0. 004735m2/Mpa2*d但抚顺龙凤矿煤 层的透气性系数极好，透气性系数为140 151m2/Mpa2*d,要

4、比红卫矿的透气性几乎大3万倍, 从理论上讲, 当然其钻孔排放有效影响范围也要 比红卫大的多,但它绝不是呈正比关系.见图2iAJrI. 2； 3. 4.&.监妒旳昭股诗岡20 斗0 机 80100 炮0140 l-SO 1302；0-0220 40距钻孔距离他图2钻孔周围煤层瓦斯压力随排放时间变化 图从图 2 我们也不难看出其抽放影响范围也是 有极限值的，龙凤矿的极限影响范围为230m，要比 红卫排放极限值(4m)大57.5倍.如抽放有效影响 范围要比排放有效影响范围大二倍计算, 龙凤矿 的极限影响范围为125m,要比红卫排放极限值(4m) 大 28.7 倍.从上述分析, 可知钻孔或巷道其排放范

5、围极 限值的大小与煤层的透气性有关, 突出煤层的透 气性一般要小于 10m2/Mpa2*d, 属于难以抽放的煤 层. 其钻孔的排放有效影响范围不是很大的, 排放 初期发展的比较快, 以后很慢, 并趋于稳定.二. 钻孔的排放有效影响范围（半径） 钻孔的排放有效影响范围（半径）一般要经过 实测得出的,各突出矿井实测结果相差都不大,约 为钻孔直径的45倍（孔径不大于03m时）以 松藻矿务局为例,其各种直径的排放有效影响范 围（半径）测定的结果见表1表 1 松藻煤电有限责任公司部分矿井超前钻孔排放有效影响范围（半径）考察结果表序号名称煤层孔径排放钻空有效影响 范围（半径）R考察地点备注1排放钻孔7#e

6、 45 mm0.2m以内打通二矿N17092排放钻孔7#Q 120mm0.7m打通二矿N1709排放时间11h3排放钻孔8#e 86mm0.5m打通二矿S18064排放钻孔8#Q 120mm0.6m石壕矿排放时间11h5排放钻孔VIQ 300mm0.941.0红卫煤矿24 48h（松藻矿煤层的透气性为 0.013m2/Mpa2*d. 红卫煤矿测试煤 层的透气性系数为.004735m2/Mpa2*d.应该说松藻小于红卫，但差 值不算太大）从上表看出随着钻孔直径的增加，而排放有 效影响范围（半径）并不按直线比例增加. 因而盲 目的加大钻孔直径增强达到防止突出的目将事与 愿违，并增加了打钻时的不安全

7、因素. 假设从钻孔 壁算起，钻孔的排放有效影响范围（半径）有一个极限值,不妨对表 1数据进行处理.处理公式采用 吸附形式的公式,即1 1 1= + R abr a式中:r钻孔直径,m;R影响半径, m;a,b 为常数, 经计算得出 a=2.970, b=1.4 相关系数 R=0.9909 将系数代入后r = 41 + 1.4 r.用上述公式计算出的各种直径钻孔的排放有效影响范围（半径）见表2排放钻 孔直径/m实测排放钻孔有效影 响范围（半径）/m （钻孔中心算起）计算出排放钻孔有效影响范围（半 径）/m（从孔壁算起）实测排放钻孔有效影响范围（半径）/m（从孔壁算起）0.0450.200.176

8、0.17550.0890.60.3290. 4550.1200.70.4270.640.1200.50.4270.540.300.950.8780.850.250.77411. 732522.18其最大排放有效影响范围（半径）为2. 97m（从孔壁 算起）.三. 松藻矿务局大直径钻孔扩孔与刷大钻孔突出 事例分析（个人技术上的看法仅供参考）1. 第一次钻孔突出（ 一 ） 情况介绍松早矿务局共发生两次此种类型的突出第一次发生 在 1998 年 8 月 21 日 16： 15，打通二矿 N2702E 回 风立眼8#煤层施工直径42mm防突钻孔，发生煤与 瓦斯突出事故。突出煤炭3461，瓦斯33530

9、m3。此处埋深295-525m，煤层倾角5-10度，煤层厚 度0-1.4m，平均0.8m。瓦斯压力3.25Mpa，瓦斯含 量34m3/1，处于封闭性构造应力区。N2702E回风立眼位于E回风巷上口，距7#层轨 道巷 20m，相邻上水平 N1709E、W、N1809、N1811 已采，本水平尚未回采。N2702E回风立眼于1996年7月天井钻机施工， 直径1m,长54m。为了满足N2702E工作面通风要 求，于 1998 年决定将立眼直径刷大到 2m。N2702E回风立眼于1998年8月4日开始由下向 上刷大。8月11日刷到距8#煤层底板1.5m处停 止。由于由下向上过8#突出煤层在吊盘内施工各

10、种 防突钻孔达不到设计要求，故改为由上向下刷大。 工作面事实上已处于想向向掘进方式,8 月 20日刷 到 8#煤层段，未发生突出。但煤炭松碎垮落严重。 8 月 21 日夜班，防止突出施工设计，要在立眼周边 8# 煤层施工预测孔8个，直径42mm，深4m，见图3。 其中1#、7#、8#三个孔2m后喷孔（喷出0.3-1m），测 得K值为0.74-0.76，S值5.4-6.8Kg/m,判断本工1 作面为突出危险工作面。 8 月 21 日早班按设计要求 在预测超标部位布置17个直径42mm的排放钻孔， 其中13个孔为2m, 4个孔为4m （见图3 ）。8月21 日中班，施工人员将深2m的钻孔透深到4m

11、。在透详见事深直径 42mm 钻孔过程中发生煤与瓦斯突出故现场示意图(4)。突出空洞见图(5)4* 42mm预测丑彷42m”排放孔图例北二区押层轨道巷层 煤 7#曲冗2东回凤巷M27Q2东回凤眼突出煤肝图4事故现场示意图突岀孑L洞平面图：1加N18r-tg0= 00窝，一 繁亠苗棗哮崔邑茁啤戟苗600ABC展示图i：ioo s:图5 突出孔洞图 （二）技术分析 :；从预测指标可以看出,孔深 2m 处（距钻孔中心位 置2.5m）的测得K值为0.74-0.76,若煤层的坚固性1系数为f 0.2,利用经验公式计算K =AP B1 min式中：Pmin煤层突出时所需的最小瓦斯压力，Mpa；A、B系数，

12、一般经实验室试验获得，亦可按下列公式确定：A=3.352e-2.953fB=1.1736e-0.864ff 煤的最小坚固性系数将 f=0.2 代入A=1.857, B=0.987I kP弋厮将K值0.74-0.76的均值代入上式，则P为0.404 10.4 Mpa,接近突出时的最小瓦斯压力从K指标判1断,在距钻孔中心2.5m处（大直径钻孔半径0.5m检验孔长2m）,已经进入有煤与瓦斯突出危险的地段.另外用钻孔直径与有效排放半径的经验公式计算,计算得出为排放有效影响范围（半径）R = 1.7325m（距大直径钻孔孔壁距离），距大直径钻 孔中心2.2325 m.与*和喷孔的距离相吻合，上述两种计算

13、方法得出的结论是一致的, 即 1m 的大直径排放钻孔长时间的排放,其有效排放影响范 围（半径）是不大的,这与红卫矿巷道煤层瓦斯压力分 布的规律也有相似之处. 即排放有效影响范围（半径） 在短时间内是随时间的延长而增大,时间稍长,则发 展缓慢. 最后就不再随时间的增长而增加.由以上分析, 不难看出, 紧靠靠近大直径钻孔附 近的高瓦斯地带,在打小直径钻孔时由于没有足够的 安全屏障（不小于5m）、小直径钻孔施工时未能一次 到位、施工措施钻孔在短时间内过于集中在一个地 点施工,当再一次延深钻孔时,对高瓦斯地区进行了 人为的扰动,此时破坏或降低了安全屏障的作用而诱 发出突出. 除此而外,还有可能与附近的

14、采掘关系有 关（因无资料,只是猜想）2. 第二次突出（一）一般情况第二次突出发生在石壕煤矿 2004年 414日 E1625 机巷溜煤立眼采用天井钻机扩孔至 43.5米，进入 8# 煤层 2.5米时，发生煤与瓦斯突出事故。造成南区 的部分区域瓦斯超限，南二风井回风巷最高瓦斯浓 度达 3.975%，立眼下口的南二皮带巷通风断面严重 堵塞。突出煤粉堆积长度为 40米，涌出瓦斯约 1.8 万m3,突出煤量约170吨。E1625机巷位于S二区+380米水平工作面，以东为 下水平隔离煤柱，以西为羊叉滩背斜轴，以南尚未布臵 采面，以北为E1625工作面。巷溜煤立眼施工前，在立眼下口的南二皮带巷，于 2 0

15、 04年2月27日3月2 2日施工了1 3个预排孔，控制 1200mm的立眼周壁5.0米范围，其中预测7个孔，取 样测定8#煤层K值最大为0.478 （用孔长44m效验，K值11最大为 0.615）打孔正常。机巷溜煤立眼于4月8日早、中班由上向下施工 250mm导向孔与南二皮带巷贯穿，孔深61米。在施工导向孔过 8#煤层时，无喷煤、喷瓦斯、卡钻等异常现象。导向孔打穿后，于4月9日早班采用1200mm米刀 盘由下向上刷扩， 4 月 14 日扩孔至43.5米，进 8#煤层 2.5 米时，发生煤与瓦斯突出事故。（二）技术分析 该区域位于羊叉滩背斜轴附近，地应力集中，煤层 透气性系数低。且穿层预排钻孔

16、控制立眼周边外只 有 5 米，预排时间只有 1.5 个月，预排时间短并未 采取预抽措施,因而排放效果差，突出后的情况见 图 6.同样从表2中可查出当钻孔直径为0.25m时，其排 放有效影响范围（半径）为R=0.774 m当使用大钻头进行扩孔时，一次扩大到1m直径，直 接进入高瓦斯地区,钻头所产生剧烈震动,势必会诱发突 出的产生 .图6 石壕煤矿 E1625 机巷溜煤立眼突出情况图画 四 结论1.钻孔有效影响范围（半径）不会因排放时间的延长 而无限制的扩大其有效影响范围（半径）,一般有个 极限值,并与煤层的透气性有关.容易抽放的煤层 可达220m,可透气性较小的突出煤层，则非常小， 排放了解50个月的煤壁仅有4 m,（红卫煤矿在这 种情况下,4 m 处的瓦斯压力已具备突出危险）.2. 钻孔孔径的加大, 其有效影响范围也不是无限制的 扩大,1 m 的大直径钻孔最大排放有效影响范围距 孔壁不足2m.因此大直径钻孔在煤层中扩大钻孔 时,不能一步到位,要分阶段将钻孔扩大到所需要 的直径.3. 施工措施孔时要事先设计好施工顺序,先周边,后 内部,并且要在前一个钻孔的影响范围外施工下一 个钻孔,避免诱发突出.4. 钻孔抽放有效影响范围（半径）与钻孔排放有效影 响范围（半径）不同,前者要大于后者,越为后者的 二倍.因而前者钻孔的抽放强度要比钻孔的排放强 度要大.