瓦斯抽放鉆孔布置間距的優化方法
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摘 要：煤礦開采活動中，時常面臨瓦斯威脅，從安全性和經濟性的角度著眼，應強調優化瓦斯抽放鉆孔布置間距?；诖?，本文就常見瓦斯抽放鉆孔布置間距優化方法進行分析，給出衰減分析法、對比測試法、虛擬參數分析法等，并做具體分析，最后結合某煤礦工作實例，對上述理論進行證明，為后續工作提供參考。
關鍵詞：瓦斯抽放；鉆孔布置間距；衰減分析法；對比測試法
瓦斯抽放（Gas drainage）也稱可燃氣抽放，是一種常見的工業活動。多采用專用設備把煤層、巖層和采空區中的瓦斯抽出或排出，以提升作業安全。瓦斯抽放需要鉆孔進行，過多的鉆孔不利于保證經濟性和工作效率，鉆孔過少則無法保證抽放效率，設法在現有基礎上優化瓦斯抽放鉆孔的布置間距十分必要。
1 常見瓦斯抽放鉆孔布置間距優化方法
1.1 衰減分析法
此前各地每款進行瓦斯抽放時，精細化程度不高，為保證安全性往往進行多孔抽放，降低了經濟性。以衰減分析法為支持，強調根據若干鉆孔中的信息判斷地下瓦斯分布態勢，根據其衰減規律，獲取理想的鉆孔方案。因瓦斯在地下一般處于緩慢移動狀態，衰減分析法雖有誤差，但差異不大，科學性和客觀性均比較理想[1]。以A表達目標孔內的瓦斯流量，以B表達瓦斯流量的初始數值，以x表達衰減系數，可獲取衰減分析的基本公式：
A=xB
實際工作中，還應考慮瓦斯在階段時間內的抽取量，以C表達抽取量，以Q表達鉆孔的深度，以m表達抽放時間，可進一步獲取衰減分析的計算公式：
C=（1440/100）Q*Am
式中的1440/100均為分析常數，可不予更換。該方式下，C值越大，鉆孔間距應對應減少，以N表達鉆孔間距，可代入實測值，結合瓦斯濃度的具體信息，獲取鉆孔基數，C每增加10%，鉆孔間距縮小4%-5%。
1.2 對比測試法
對比測試法，是較早應用于瓦斯抽放鉆孔布置間距優化的方法之一，要求設置一個標準孔、若干測試孔，標準孔與測試孔的基礎距離為3m，所有測試孔圍繞標準孔圓弧狀布置。每一個測試孔處放置一個氣壓儀，同步完成鉆孔后，同時開放瓦斯抽放作業，根據氣壓儀數值，判斷最佳布置間距。該方法的優勢在于原理簡單，且廣泛適用于所有測試地點，但存在一定的人為誤差，而且所選的測試孔無法保證測試結果為最佳，如地下瓦斯濃度大，可能所選測試孔獲取的壓力值均較高，此時仍需要進行二次甚至多次測試。以A代表標準孔，以1、2、3代表三個測試孔，間隔分別為3.0m、3.5m、4.0m。在一般情況下，三組氣壓將呈現階梯狀分布，即1號孔氣壓最大、其次為2號孔，三號孔氣壓最小，可根據抽取標準進行評估，選取與理想值最接近的距離，作為瓦斯抽放鉆孔布置間距。
1.3 虛擬參數分析法
虛擬參數分析法是一種借助計算機建模分析的技術，利用數學分析軟件進行工作，常用軟件為MATLAB[2]。依托該軟件進行工作的基礎，是獲取一部分標準化的關鍵參數，包括煤層厚度、瓦斯流動速度、某一測試孔處瓦斯的抽放信息等，這些參數經核準后，可將其代入MATLAB中，軟件首先默認瓦斯抽排效率具有線性特點，即隨著時間推移，抽排總量將出現下降，且為規律性下降，同時瓦斯流速也將呈現線性變化特點，是隨著殘余量減少，流速會出現增加。利用上述兩個線性數據之間的差異，可獲取單位時間抽取瓦斯的數目，推算目標地點剩余瓦斯的數目，應瓦斯總量在階段時間內幾乎是不變的，推算所獲結果也往往較為客觀和準確，之后根據推算結果和瓦斯抽放要求，確定瓦斯抽放鉆孔布置間距。該技術對操作、參數收集的要求比較高，如果測試地點地形、地下情況復雜，可能難以獲取全面的精準數據。
2 實例分析
西南某地區進行煤層開采作業，開采作業前勘測發現煤層內存在瓦斯氣體，擬通過鉆孔抽樣保證作業安全，同時提升瓦斯的利用效益。煤層平均厚度為14.3m，工作面地質條件較為復雜，存在喀斯特地貌。為保證作業安全，擬優化鉆孔布置間距。技術人員分別就衰減分析法、對比測試法、虛擬參數分析法進行分析。為避免浪費資源和人力，共設置三處測試孔。
將所獲參數用于虛擬參數分析法中，結果上看，不同測試孔的參數相似，但因選取的區域不同，虛擬參數分析法給出的最佳間距為2.4m、5.8m和4.3m，差異十分顯著。改行對比測試法，1號和2號測試孔所獲數據相近，計算獲取最佳間距為3.3m、3.4m。另以衰減分析法進行測試，從衰減效率上看，不同測試孔存在區別，計算獲取的最佳間距分別為3.4m、3.6m和3.5m。進一步分析，發現所選測試孔地下形式復雜，影響瓦斯的流動，對比測試法的精度不足，而虛擬參數分析法過于重視目標孔自身參數信息，不適用于當地地貌，最終選用衰減分析法。確定瓦斯抽放鉆孔布置間距為3.5m。瓦斯抽放作業完成后，對煤層瓦斯濃度進行探測，結果滿足開采安全標準。
3 總結
綜上，瓦斯抽放鉆孔布置間距的優化，即要求保證經濟性，也要求保證安全性。目前多見方法包括衰減分析法、對比測試法、虛擬參數分析法等。不同方法的適用性存在差異，在實例分析中，三種方法所獲結果存在少許差異，考慮到開采地點的特殊性，最終選用衰減分析法，實現了瓦斯抽放鉆孔布置的優化。
參考文獻：
[1]劉文忠，張自雷.高位裂隙帶鉆孔瓦斯抽采技術在水峪礦的應用與研究[J].煤炭與化工，2018，41（07）：104-107.
[2]趙文利.某礦采動裂隙“O”型圈中瓦斯運移規律分析及抽放設計[J].現代礦業，2018，34（07）：171-173.
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