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在抽采实践中,经常遇到的问题是:钻孔直径应该多大?钻孔间距应该多大?现以本煤层抽采为例进行分析。
钻孔抽采本煤层瓦斯属于径向不稳定流动,在瓦斯流动时间较长时,钻孔稳定的瓦斯流量基本上与煤层原始瓦斯压力和钻孔内瓦斯压力平方差成正比,与煤层透气性系数A成正比,与钻孔半径的1/3~1/5次方成正比。当流动为稳定流时,钻孔瓦斯径向流动的流量与钻孔半释、钻孔抽采半径、煤层透气性系数和煤层厚度有如下关系式:
从式(6 - 32)可以看出,加大钻孔半径能起到增加瓦斯抽采量的效果。假定钻孔抽采半径为10 m,钻孔半径从0.1 m增大到1 m,则钻孔瓦斯流量变化为2倍。就是说,孔径增大10倍,钻孔瓦斯流量才增加2倍,因此,以增加钻孔孔径来提高瓦斯抽采量是有限的。增加钻孔孔径在施工中也较难实现,对于突出煤层,钻孔孔径过大还会导致煤与瓦斯突出,所以《防治煤与瓦斯突出规定》中要求钻孔直径一般为75~120 mm,若钻孔直径超过120 mm时,必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施。
通过提高抽采负压来增加抽采量效果也不大。根据式(6 -32)可知,Q与(po2-p2)成正比,而煤层原始瓦斯压力比钻孔内瓦斯压力大,即使抽成真空,也不能产生较显著的效果。
对于本煤层抽采,钻孔间距对抽采效果和抽采成本最为关键。而钻孔间距又与钻孔的有效抽采半径有关。有效抽采半径随抽采时间的延长而逐渐增大,当时间达到某一临界值时,抽采半径达到极限值。若两个钻孔间距超过极限半径的2倍,则无论怎样延长抽采时间,钻孔之间煤体中的瓦斯总有一部分抽不出来。而钻孔过密时,打钻成本显著增加。