大孔徑頂板長鉆孔瓦斯抽采技術的研究

沈小青

（1.安徽理工大學能源與安全學院，安徽 淮南232001；2.安徽金黃莊礦業(yè)有限公司，安徽 宿州235200）

0 引言

長期以來，瓦斯災害一直影響著煤礦的安全生產，尤其在高瓦斯礦井，瓦斯治理不僅成本高而且常常因為不能及時與原煤生產工作相銜接制約著煤礦的生產[1]。如何實現煤與瓦斯的安全高效回采，既能提高經濟效益又能保護環(huán)境，是煤礦從業(yè)人員一直奮斗的目標[2]。大孔徑頂板鉆孔抽采技術有效地采空區(qū)瓦斯流場，減弱了采空區(qū)瓦斯涌出強度，具有抽采瓦斯?jié)舛雀?，抽采系統運行費用低，綜合治理效果好，且經濟效益顯著等優(yōu)勢[3-4]。

1 試驗工作面概況

潘三礦1311（3）工作面西一采區(qū)首采工作面煤層為11-2煤層，上覆煤層為11-3煤層，厚度為0.6m，兩煤層間距約為0.8m。11-2煤層傾向長度為253m,走向長度為2150m,傾角為0～6°，可采煤厚平均約為3.2m,平均瓦斯含量約為5.62～6.64m3/min。工作面采用傾斜長壁采煤法，一次性采全高，頂板采用全部垮落法管理。該工作面于2007年12月26日投產，設計日產煤量7272t，回采期間本煤層的瓦斯涌出量為45.47m3/min，鄰近煤層的瓦斯涌出量為12.02m3/min。工作面采用大孔徑頂板走向長鉆孔替代高抽巷抽采瓦斯，工作面正常推進時平均日產8000t。工作面采用“U”型通風，配風量2750m3/min，風排瓦斯量15m3/min，正常情況下頂板走向長鉆孔和巷幫高位鉆孔共抽采瓦斯22.1m3/min，采空區(qū)埋管瓦斯抽采量為7.5m3/min，順層鉆孔抽采瓦斯量為0.86m3/min，抽采率67.0%，回風流瓦斯抽采濃度0.55%。

2 大孔徑長鉆孔布置及施工

2.1 高位鉆場、鉆孔布置

2.1.1 高位鉆場布置情況

在1311（3）軌道順槽中，總共布置了5個高位鉆場，其間距各不相同，1#高位鉆場距開切眼605m位置，而1#、2#、3#、4#和5#鉆場的距離分別為215m、276m、278m和470m如圖1所示。1#、2#、3#、4#鉆場從軌道順槽下開窩，采用29U型棚支護型式，設計斷面為3.2m×3.25m，穿層鉆孔直至11-3煤層頂板。5#高位鉆場從1311（3）軌順聯巷開窩，采用錨噴支護型式，設計斷面8.0m×3.25m，長10m，施工至11-2煤層頂板垂高12m后施工平巷。

2.1.2 大孔徑長鉆孔的布置

5#高位鉆場起初設計為9個鉆孔，為優(yōu)化抽采效果實際施工11個鉆孔，布置成扇形分布，終孔至11-2煤層頂板25～35m位置處，各鉆孔與軌道順槽水平投影的距離0～60m不等，設計孔深500～520m，開孔徑133mm，擴孔孔徑為φ153mm、φ193mm，其中選擇7#全程擴孔至φ193mm鉆孔壓茬距大于40m。

2.2 鉆孔成孔情況

5#高位鉆場共施工完成11個鉆孔，開孔孔徑為113mm或133mm，擴孔孔徑為133mm或153mm，擴孔深度134mm～542mm，孔內全程下φ108mm鋼質花套管護孔。封孔材料為聚氨脂，護孔套管采用4寸花管，封孔套管采用5寸鐵管，封孔管為直徑125mm，封孔長度10m，每個孔下φ108mm的花套管均在200m以上。

3 5#鉆場抽采效果分析

抽采管路為：孔口φ150mm抽采管→φ420mm匯流管→φ426mm三通→軌道順槽φ450mmPE管→φ630mm抽采干管→地面泵站（2BEF72-300型抽采泵）。5#高位鉆場在連接支管上安裝孔板流量計進行考察，考察的單孔最大瓦斯抽采量3m3/min，目前鉆場抽采負壓40kPa,抽采瓦斯混合量51.5m3/min,瓦斯抽采濃度為50.6%,瓦斯抽采的純流量26.2m3/min。

4 效果分析

與傳統的高抽巷抽采瓦斯的施工量大、成本高、時間長相比，頂板走向鉆孔在能保證瓦斯治理效果的基礎之上，同時又能兼顧成本低、高效率、高效益的特點。因此，在礦井瓦斯治理中得到了廣泛的應用。

4.1 瓦斯治理效果

（1）瓦斯抽采量大、抽采率高。1311（3）工作面總抽采瓦斯量為34.46m3/min，抽采率達到75.8%。5#鉆場瓦斯抽采量為26.2m3/min，抽采率達57.4%。

（2）安全、日煤產量高。工作面采用頂板走向鉆孔后，平均日產原煤8000t，保產能力可達10000t/日，且期間從未發(fā)生瓦斯超限。

（3）具有可行性。鑒于1311（3）工作面絕對涌出量小于50m3/min，采用大孔徑頂板走向長鉆孔替代高抽巷治理瓦斯是可行的。

4.2 效率比較

高抽巷與煤巷掘進同期施工，由于施工量大，用時需要13個月，比工作面貫通晚4個月。而采用大孔徑頂板走向鉆孔技術后，用時大大縮短，2個月內可完成鉆場和鉆孔的作業(yè)，同時，由于鉆場施工簡便，即可與采煤平行施工，有可分段單獨施工，生產效率得到進一步提高。

5 結論

大孔徑頂板走向鉆孔可有效地節(jié)省掘進巷道的時間和降低工人的勞動強度，降低煤炭的生產成本，提高了煤礦的經濟效益，同時可以保證礦井的瓦斯抽放量，使煤礦瓦斯變廢為寶，實現了煤與瓦斯的高效安全回采，為進行瓦斯的綜合利用創(chuàng)造了條件。

隨著鉆具的不斷優(yōu)化和鉆進工藝的不斷創(chuàng)新,大孔徑長鉆孔治理瓦斯的方法更加體現其優(yōu)越性,這次5#高位鉆場的11個抽采孔主要有以下幾個特點:

1）抽采最大化

（1）大孔徑擴孔。在5#高位鉆場的11個鉆孔中有7個φ133mm和4個φ153mm全程擴孔，并且試驗了一個φ193mm擴孔，擴孔長度為320m。

（2）大孔徑封孔抽采。封孔管全部使用5寸鐵管，孔口用6寸軟管連接到φ426mm匯流管，再由φ426mm干管直接進鉆場。

（3）高負壓抽采。鉆場抽采負壓達到40kPa，瓦斯抽采混合流量51.5m3/min，抽采濃度50.4%，瓦斯抽采純流量26.2m3/min。

2）鉆場布置合理化

（1）考慮到長鉆孔盡可能不穿過大斷層，因此在1311（3）工作面軌道順槽300～500m之間，合理的布置了5個高位鉆場。

（2）為方便施工，考慮到長鉆孔盡可能是2～5°的上山孔。因此將鉆場均布置在11-2煤層頂板5～15m處。

（3）為使開鉆方便和鉆孔布置均勻，鉆場采用15m×5m×3m，以確保ZDY-10000S鉆機能夠正常的工作。

［1］陳健,張宏鈞,范偉.大孔徑長鉆孔瓦斯抽放技術與裝備的應用[J].煤礦安全,2004,35(4):12-15.

［2］趙耀江,謝生榮,溫百根,郭海東,袁勝軍.高瓦斯煤層群頂板大孔徑千米鉆孔抽采技術[J].煤炭學報,2009,34(6):797-801.

［3］蘇銀泰.大孔徑頂板鉆孔替代高抽巷抽采瓦斯技術[J].能源技術與管理,2012,3:74-75.