瓦斯抽放钻孔布置间距的优化方法
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摘 要：煤矿开采活动中，时常面临瓦斯威胁，从安全性和经济性的角度着眼，应强调优化瓦斯抽放钻孔布置间距。基于此，本文就常见瓦斯抽放钻孔布置间距优化方法进行分析，给出衰减分析法、对比测试法、虚拟参数分析法等，并做具体分析，最后结合某煤矿工作实例，对上述理论进行证明，为后续工作提供参考。
关键词：瓦斯抽放；钻孔布置间距；衰减分析法；对比测试法
瓦斯抽放（Gas drainage）也称可燃气抽放，是一种常见的工业活动。多采用专用设备把煤层、岩层和采空区中的瓦斯抽出或排出，以提升作业安全。瓦斯抽放需要钻孔进行，过多的钻孔不利于保证经济性和工作效率，钻孔过少则无法保证抽放效率，设法在现有基础上优化瓦斯抽放钻孔的布置间距十分必要。
1 常见瓦斯抽放钻孔布置间距优化方法
1.1 衰减分析法
此前各地每款进行瓦斯抽放时，精细化程度不高，为保证安全性往往进行多孔抽放，降低了经济性。以衰减分析法为支持，强调根据若干钻孔中的信息判断地下瓦斯分布态势，根据其衰减规律，获取理想的钻孔方案。因瓦斯在地下一般处于缓慢移动状态，衰减分析法虽有误差，但差异不大，科学性和客观性均比较理想[1]。以A表达目标孔内的瓦斯流量，以B表达瓦斯流量的初始数值，以x表达衰减系数，可获取衰减分析的基本公式：
A=xB
实际工作中，还应考虑瓦斯在阶段时间内的抽取量，以C表达抽取量，以Q表达钻孔的深度，以m表达抽放时间，可进一步获取衰减分析的计算公式：
C=（1440/100）Q*Am
式中的1440/100均为分析常数，可不予更换。该方式下，C值越大，钻孔间距应对应减少，以N表达钻孔间距，可代入实测值，结合瓦斯浓度的具体信息，获取钻孔基数，C每增加10%，钻孔间距缩小4%-5%。
1.2 对比测试法
对比测试法，是较早应用于瓦斯抽放钻孔布置间距优化的方法之一，要求设置一个标准孔、若干测试孔，标准孔与测试孔的基础距离为3m，所有测试孔围绕标准孔圆弧状布置。每一个测试孔处放置一个气压仪，同步完成钻孔后，同时开放瓦斯抽放作业，根据气压仪数值，判断最佳布置间距。该方法的优势在于原理简单，且广泛适用于所有测试地点，但存在一定的人为误差，而且所选的测试孔无法保证测试结果为最佳，如地下瓦斯浓度大，可能所选测试孔获取的压力值均较高，此时仍需要进行二次甚至多次测试。以A代表标准孔，以1、2、3代表三个测试孔，间隔分别为3.0m、3.5m、4.0m。在一般情况下，三组气压将呈现阶梯状分布，即1号孔气压最大、其次为2号孔，三号孔气压最小，可根据抽取标准进行评估，选取与理想值最接近的距離，作为瓦斯抽放钻孔布置间距。
1.3 虚拟参数分析法
虚拟参数分析法是一种借助计算机建模分析的技术，利用数学分析软件进行工作，常用软件为MATLAB[2]。依托该软件进行工作的基础，是获取一部分标准化的关键参数，包括煤层厚度、瓦斯流动速度、某一测试孔处瓦斯的抽放信息等，这些参数经核准后，可将其代入MATLAB中，软件首先默认瓦斯抽排效率具有线性特点，即随着时间推移，抽排总量将出现下降，且为规律性下降，同时瓦斯流速也将呈现线性变化特点，是随着残余量减少，流速会出现增加。利用上述两个线性数据之间的差异，可获取单位时间抽取瓦斯的数目，推算目标地点剩余瓦斯的数目，应瓦斯总量在阶段时间内几乎是不变的，推算所获结果也往往较为客观和准确，之后根据推算结果和瓦斯抽放要求，确定瓦斯抽放钻孔布置间距。该技术对操作、参数收集的要求比较高，如果测试地点地形、地下情况复杂，可能难以获取全面的精准数据。
2 实例分析
西南某地区进行煤层开采作业，开采作业前勘测发现煤层内存在瓦斯气体，拟通过钻孔抽样保证作业安全，同时提升瓦斯的利用效益。煤层平均厚度为14.3m，工作面地质条件较为复杂，存在喀斯特地貌。为保证作业安全，拟优化钻孔布置间距。技术人员分别就衰减分析法、对比测试法、虚拟参数分析法进行分析。为避免浪费资源和人力，共设置三处测试孔。
将所获参数用于虚拟参数分析法中，结果上看，不同测试孔的参数相似，但因选取的区域不同，虚拟参数分析法给出的最佳间距为2.4m、5.8m和4.3m，差异十分显著。改行对比测试法，1号和2号测试孔所获数据相近，计算获取最佳间距为3.3m、3.4m。另以衰减分析法进行测试，从衰减效率上看，不同测试孔存在区别，计算获取的最佳间距分别为3.4m、3.6m和3.5m。进一步分析，发现所选测试孔地下形式复杂，影响瓦斯的流动，对比测试法的精度不足，而虚拟参数分析法过于重视目标孔自身参数信息，不适用于当地地貌，最终选用衰减分析法。确定瓦斯抽放钻孔布置间距为3.5m。瓦斯抽放作业完成后，对煤层瓦斯浓度进行探测，结果满足开采安全标准。
3 总结
综上，瓦斯抽放钻孔布置间距的优化，即要求保证经济性，也要求保证安全性。目前多见方法包括衰减分析法、对比测试法、虚拟参数分析法等。不同方法的适用性存在差异，在实例分析中，三种方法所获结果存在少许差异，考虑到开采地点的特殊性，最终选用衰减分析法，实现了瓦斯抽放钻孔布置的优化。
参考文献：
[1]刘文忠，张自雷.高位裂隙带钻孔瓦斯抽采技术在水峪矿的应用与研究[J].煤炭与化工，2018，41（07）：104-107.
[2]赵文利.某矿采动裂隙“O”型圈中瓦斯运移规律分析及抽放设计[J].现代矿业，2018，34（07）：171-173.
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