为了确定瓦斯抽采中顺层钻孔的封孔深度,基于一系列假设建立钻孔附近瓦斯流动模型,通过理论分析得出合理封孔深度介于围岩的破裂区和塑性区的2个边界之间。通过对钻屑量与煤岩体所受应力关系的分析,可采用钻屑量法确定围岩的应力状态,即可确定顺层钻孔的封孔深度。用工业试验的方法,以钻屑量和钻进过程中出现的动力现象作为指标,可以得出车集矿2705工作面顺层钻孔的合理封孔深度为6~10 m。

为了提高首山一矿顺层钻孔瓦斯抽采效率,基于合理封孔深度的重要性,结合巷道应力分布状态,分别采用数值模拟和钻屑法对合理封孔深度进行了研究。通过现场验证,封孔深度为8-10 m抽采效果最好,证明通过数值模拟和钻屑法确定的合理封孔深度可以满足现场封孔需要。

为了提高亭南矿顺层钻孔抽采瓦斯的效率,基于合理封孔深度的重要性,采用FLAC3D模拟煤巷开挖后围岩塑性区、垂直应力分布情况,并用Tecplot软件提取巷帮煤岩垂直应力数值,拟合后得到距巷帮不同深度的应力分布曲线。根据钻屑法、钻屑瓦斯解吸指标法现场实测数据,确定出全煤巷道3个应力分区的范围。通过抽采效果验证,证明顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度是应该超出巷帮的卸压带或塑性区范围,但同时又应小于应力峰值点的深度。最终确定亭南矿顺层瓦斯抽采钻孔的合理封孔深度为9m。