綜采放頂煤工作面高位鉆孔優(yōu)化布置問題研究

王海濤，吳祥業(yè)

(黑龍江工業(yè)學(xué)院資源工程系，黑龍江雞西 158100)

使用高位鉆孔抽放瓦斯技術(shù)是治理綜合放頂煤工作面采空區(qū)瓦斯，實現(xiàn)高產(chǎn)高效有效途徑之一。［1］煤層開采后，在上覆巖層中形成冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶，其中冒落帶、裂隙帶為瓦斯運移的主要通道，也是瓦斯積聚的主要場所。高位鉆孔主要作用是通過抽放圍巖或采空區(qū)瓦斯，在上鄰近層瓦斯向采空區(qū)運移時進行攔截，從而解決上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限的問題。［2］

1 工作面概況

(1)煤層賦存情況。

云蓋山煤礦一礦21110綜采工作面采二煤層，通過地質(zhì)資料分析和掘進過程中地質(zhì)揭露情況，該工作面范圍內(nèi)二煤賦存穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、屬“二軟一硬”煤層(煤層軟、底板軟、頂板硬)，全區(qū)可采。煤層走向 NE30°～40°，傾向SE55°～48°，傾角14°～18°，平均 16°。煤層普氏硬度系數(shù)f≤0.37，煤層平均厚度4.5m。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

(2)水文地質(zhì)。

二煤層頂板以寒武系上統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r含水層以崮山組白云質(zhì)灰?guī)r為主，區(qū)內(nèi)共有十四孔見該層灰?guī)r，區(qū)域侵蝕基準面以上發(fā)育大中型的巖溶裂隙、溶洞等，鉆孔所見多為蜂窩狀溶孔，兩孔見有溶洞，最大高度1.30m。

(3)開采方法。

二煤層采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤方法，采取全部垮落法處理采空區(qū)。

2 高位鉆孔優(yōu)化布置

(1)布置依據(jù)。

①經(jīng)驗公式法。

煤層頂板冒落帶、裂隙帶高度是確定高位鉆孔布置重要因素?？梢岳玫V井多年積累的經(jīng)驗公式確定兩帶高度。二1煤層頂板為中等硬度的砂巖，故采用下面經(jīng)驗公式計算垮落帶和裂隙帶高度:［3，4］

H1為冒落帶高度，H2為裂隙帶高度，M為累計煤層采高，取4.5m。設(shè)計鉆孔深度要穿過垮落帶，進入裂隙帶3m左右，進入采空區(qū)不小于一個周期來壓步距。

②現(xiàn)場考察方法。

利用體積分數(shù)法對工作面冒落帶高度進行現(xiàn)場考察，根據(jù)抽放過程中的始抽段、高體積分數(shù)段和衰減段，來分析確定冒落帶及裂隙帶高度，從而為鉆孔參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。

③鉆場位置及鉆場間距確定方法。

鉆場間距則取工作面頂板周期來壓步距的整數(shù)倍，即使用下面經(jīng)驗公式:［5］

圖1 高位鉆場布置圖

式中:h為巖層的厚度，取平均厚度14.74m;

Rt為巖層的極限抗拉強度，取148.7MPa;

q為巖梁所受的載荷，取107.7MPa。

(2)布置方法。

21110回風(fēng)順槽全長1220m，原設(shè)計為每隔20m布置一個鉆場，每個鉆場布置6個鉆孔，鉆孔深度在90～110m之間，角度在3～20°之間(與巷道中心線夾角)，抽放鉆孔要求控制巷道外幫30m;后根據(jù)裂隙帶和冒落帶高度的確定，以及體積分數(shù)法對工作面冒落帶高度進行現(xiàn)場考察，將原設(shè)計改為每隔40m布置一個高位鉆場，每隔鉆場布置5個鉆孔，鉆孔深度在82～84m之間，角度在2～11°之間(與巷道中心線夾角)，如圖1所示。

(3)效果檢驗。

分別對原鉆孔布置和優(yōu)化鉆孔布置抽放后的綜采工作面上隅角采空區(qū)，進行為期半個月瓦斯涌出量測定并進行比較，比較結(jié)果如圖2所示。

圖2 瓦斯涌出量比較圖

從圖2中可以看出，優(yōu)化鉆孔布置后，減少鉆孔進尺量的同時沒有影響瓦斯治理效果，從而實現(xiàn)綜采工作面的安全生產(chǎn)。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)鉆孔優(yōu)化布置后，平均每個鉆場節(jié)省打鉆進尺150m，21110回風(fēng)順槽共30個鉆場，共節(jié)省打鉆進尺約4500m。

(2)高位抽放鉆孔孔優(yōu)化布置，為礦井21110綜采工作面瓦斯綜合治理提供了一條有效途徑，通過理論公式和現(xiàn)場實踐摸索出鉆孔布置技術(shù)，能夠使用到其他綜采工作面，實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)和經(jīng)濟技術(shù)效率。

［1］中國煤炭工業(yè)勞動保護科學(xué)技術(shù)學(xué)會.瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2007:15－16.

［2］高洋，趙志強，丁自偉，等.高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)在開灤礦區(qū)的應(yīng)用［J］.中國煤炭，2011(37)2:84－86.

［3］國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定釋義［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版，2009:117－118.

［4］王福厚.高位鉆孔抽放瓦斯冒落帶及裂隙帶高度確定方法［J］.哈爾濱:煤炭技術(shù)，2008(27)8:75－76.

［5］武光輝.利用高位鉆孔抽放技術(shù)治理綜采工作面上隅角瓦斯積聚［J］.北京:煤礦開采，2009(86)2:91 －95.