寺河礦低-中-高位鉆孔采空區(qū)瓦斯抽采實(shí)踐

吳晉軍 趙學(xué)良 尚瑋煒

(1.山西晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司；2.山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

寺河礦低-中-高位鉆孔采空區(qū)瓦斯抽采實(shí)踐

吳晉軍1，2趙學(xué)良1尚瑋煒1

(1.山西晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司；2.山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

針對寺河煤礦初采及正?；夭善陂g采空區(qū)瓦斯異常超限現(xiàn)象，分析了部分瓦斯異常涌出原因，設(shè)計(jì)并實(shí)施了低位鉆孔、中位鉆孔、高位鉆孔依次銜接抽采采空區(qū)瓦斯方案，效果分析表明，各鉆孔達(dá)到并超出預(yù)期效果，方法提高了采空區(qū)瓦斯抽采效率，緩解了工作面正常回采期間的瓦斯壓力。

低位鉆孔 中位鉆孔 高位鉆孔 采空區(qū) 瓦斯抽采

寺河礦初采段煤層瓦斯抽采時(shí)間相對較短，瓦斯抽采鉆孔施工最晚；頂板垮落不及時(shí)造成采空區(qū)積聚瓦斯突然涌向工作面，很容易形成瓦斯超限；頂板裂隙發(fā)育不完全導(dǎo)致高位鉆孔或高抽巷不能與采空區(qū)聯(lián)通，鉆孔抽采瓦斯量少，鉆孔不能充分發(fā)揮抽采作用；初采期間采用3.8 m巖底掘采工藝，需經(jīng)過一段距離的推進(jìn)開采才能過渡到6 m采全高，采空區(qū)積聚大量遺煤瓦斯；初采及回采期間工作面前方存在卸壓區(qū)。由此導(dǎo)致大采高綜采工作面初采期間及回采期間瓦斯異常，存在瓦斯超限現(xiàn)象。

針對工作面初采及回采期間的采空區(qū)瓦斯抽采問題，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量研究[1-7]。其中，李鳳龍等[6]在陽煤一礦北丈八井進(jìn)行了大直徑高位鉆孔代替?zhèn)蝺A斜后高抽巷的試驗(yàn)，成功解決了工作面初采期瓦斯不均衡涌出和頻繁超限的問題。馮善欽[7]采取減風(fēng)降壓配合采空區(qū)埋管和中低位后高抽巷綜合治理瓦斯的方法，有效解決了初采階段瓦斯不穩(wěn)定涌出的問題。通過總結(jié)歸納前人研究成果及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，開展寺河礦針對性瓦斯治理工作。

1 試驗(yàn)工作面概況

選擇寺河礦5302工作面作為試驗(yàn)地點(diǎn)。5302工作面位于寺河礦東井盤區(qū)，主采3#煤層，平均厚6 m，最大瓦斯含量為24.8 m3/t，平均為22.85 m3/t，經(jīng)過地面鉆井抽采后東五盤區(qū)煤層瓦斯含量為 8.47～13.76 m3/t，平均為10.51 m3/t。5302工作面采用三進(jìn)兩回通風(fēng)方式，53021、53025巷為主進(jìn)風(fēng)巷，53023巷為輔助進(jìn)風(fēng)巷，53022、53024巷為回風(fēng)巷，初采段距離為50 m左右，一般工作面推過50 m以后進(jìn)入正?；夭呻A段，瓦斯治理壓力減小。5302工作面切眼附近的巷道布置見圖1。

圖1 5302工作面巷道布置

2 采空區(qū)瓦斯治理方案

在大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出在5302工作面采用低位、中位鉆孔主抽初采期間采空區(qū)瓦斯，高位鉆孔主抽正?；夭善陂g采空區(qū)瓦斯的立體抽采方案。

2.1 低位鉆孔實(shí)施方案

初采期間，工作面回采過程中，支架上部遺煤垮落后，采用低位鉆孔揭露，抽取遺煤瓦斯，低位孔的層位選擇在直接頂范圍內(nèi)，距頂板6 m左右，鉆孔布置間距為10 m，切眼回采后，上部煤層垮落，低位孔發(fā)揮作用。鉆孔布置見圖2。

2.2 中位鉆孔實(shí)施方案

初采階段頂板跨落不完全，冒落帶、裂隙帶劃分不清，對此，設(shè)計(jì)中位鉆孔抽采初采段采空區(qū)瓦斯，中位孔的層位在直接頂上部。在5302區(qū)域初采段采空區(qū)裂隙帶24#橫川設(shè)計(jì)5個(gè)鉆孔，終孔層位在煤層頂板上5～25 m。中位鉆孔在層位煤層頂板上15m左右，距離回風(fēng)側(cè)10～50m，鉆孔間距為10 m，鉆孔有效長度可以根據(jù)現(xiàn)場工程控制在50 m或以上。直接頂垮落后，中位孔發(fā)揮作用，鉆孔布置見圖3。

圖2 5302工作面尾巷低位鉆孔布置

圖3 5302工作面中位鉆孔布置(單位：m)

2.3 高位鉆孔實(shí)施方案

根據(jù)現(xiàn)場高位鉆孔經(jīng)驗(yàn)及傳統(tǒng)的高位鉆孔終孔位置一般在采高的5～8倍的理論依據(jù)，寺河礦的高位鉆孔層位在頂板上40～50 m，為了更詳盡地研究高位鉆孔布置層位，設(shè)計(jì)施工不同層位高位鉆孔，在5～10倍采高范圍布置高位鉆孔。

在5302區(qū)域采空區(qū)裂隙帶21#橫川設(shè)計(jì)3個(gè)鉆孔，終孔層位在煤層頂板上40～60 m，距離回風(fēng)側(cè)10～50 m，鉆孔間距為10 m，有效長度根據(jù)鉆機(jī)性能而定，正?；夭善陂g保證抽采銜接即可。老頂垮落后，高位鉆孔發(fā)揮作用。鉆孔布置見圖4。

3 鉆孔抽采效果分析

3.1 低位鉆孔效果分析

低位鉆孔抽采結(jié)果見圖5、圖6?？芍洪_采初期，低位鉆孔的抽采負(fù)壓、瓦斯?jié)舛燃凹兞髁可舷虏▌?dòng)，負(fù)壓在10 kPa左右波動(dòng)，濃度為20%左右，純量為3.5m3/min左右。初采期間，頂板裂隙已經(jīng)發(fā)育，但是相對不完全，導(dǎo)致負(fù)壓偏高，但是純量和濃度相對偏低，說明煤體瓦斯卸壓不完全。低位鉆孔設(shè)計(jì)合理，在工作面初采期間抽采切眼落煤瓦斯，頂板第一次來壓之后，鉆孔保持完好，在工作面正?；夭善陂g持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮作用。

圖4 5302工作面高位鉆孔布置(單位：m)

圖5 低位鉆孔負(fù)壓、瓦斯純量與工作面推進(jìn)距離的關(guān)系

圖6 低位鉆孔負(fù)壓、瓦斯?jié)舛扰c工作面推進(jìn)距離的關(guān)系

3.2 中位鉆孔效果分析

中位鉆孔抽采結(jié)果見圖7～圖9?？芍?/p>

(1)回采初期，負(fù)壓大，但流量、濃度小，說明中位孔層位裂隙還未發(fā)育。

(2)初采期間，工作面還未推過切眼時(shí)，中位鉆孔濃度及純量較??；工作面推進(jìn)到15～16 m時(shí)，1#、2#中位孔純量出現(xiàn)最高值，達(dá)8～9 m3/min，濃度為50%以上，這種現(xiàn)象維持了15 h左右；工作面推進(jìn)到24 m左右時(shí)，4#鉆孔出現(xiàn)其在回采初期的最高值，達(dá)2.3m3/min，濃度為23%;工作面推進(jìn)到29m時(shí)，5#鉆孔出現(xiàn)其在回采初期的最高值2.1 m3/min，濃度為23%；上述鉆孔在回采初期隨著工作面的推進(jìn)，依次出現(xiàn)最高值，雖然只維持1 d左右，絕對不是偶然的，與各鉆孔距回風(fēng)側(cè)距離有關(guān)，說明這個(gè)時(shí)期正是頂板初期來壓、活動(dòng)最劇烈的時(shí)期，為裂隙閉合活躍期；中位鉆孔達(dá)到預(yù)期作用，1#、2#鉆孔在其最高的十幾個(gè)小時(shí)內(nèi)能抽走1.5萬m3瓦斯，4#、5#鉆孔能抽走0.36萬m3瓦斯，在此之后的1.5 d，即工作面又繼續(xù)推進(jìn)了10 m，高位鉆孔才起到作用。

圖7 中位鉆孔負(fù)壓與工作面推進(jìn)距離的關(guān)系

圖8 中位鉆孔瓦斯純量與工作面推進(jìn)距離的關(guān)系

圖9 中位鉆孔瓦斯?jié)舛扰c工作面推進(jìn)距離的關(guān)系

(3)正?；夭善陂g,工作面回采至50～100 m，1#～5#鉆孔純量基本上是依次減小，這與距回風(fēng)側(cè)的距離有關(guān)。頂板初次來壓之后，頂板裂隙發(fā)育完全，豎三帶形成，高濃度、大流量瓦斯在高位鉆孔相對大負(fù)壓及自身密度小等因素下進(jìn)入高位鉆孔抽采范圍，決定了中位鉆孔抽采瓦斯?jié)舛鹊汀⒘啃　?/p>

3.3 高位鉆孔效果分析

高位鉆孔抽采結(jié)果見圖10～圖12?？芍贺?fù)壓的變化一定程度上反映鉆孔所在層位的裂隙發(fā)育速度；裂隙發(fā)育完全以后，各種抽采參數(shù)穩(wěn)定提高。工作面推到32～42 m(中位鉆孔高峰過后1 d左右)，1#高位鉆孔純量迅速攀升至9 m3/min，2#高位鉆孔純量迅速攀升至15 m3/min，瓦斯?jié)舛冗_(dá)80%以上。

圖10 高位鉆孔負(fù)壓與工作面推進(jìn)距離的關(guān)系

圖11 高位鉆孔瓦斯?jié)舛扰c工作面推進(jìn)距離的關(guān)系

圖12 高位鉆孔瓦斯純量與工作面推進(jìn)距離的關(guān)系

4 結(jié) 論

(1)低位鉆孔可以抽采切眼落煤卸壓瓦斯、采空區(qū)滯留帶瓦斯，在工作面初采及正?；夭善陂g均可發(fā)揮作用。

(2)中位鉆孔在工作面初采期間，頂板初采來壓之前，高位鉆孔沒有發(fā)揮作用之前，可以發(fā)揮作用，這一時(shí)期非常關(guān)鍵，沒有十分有效的瓦斯抽采方法，中位鉆孔抽采大大緩解高位鉆孔未發(fā)揮作用之前的瓦斯治理壓力；高位鉆孔發(fā)揮作用之后，其輔助作用亦不可忽視。

(3)高位鉆孔層位正確時(shí)，正常的抽采純量為10～20 m3/min，瓦斯抽采效率高。

(4)低-中-高三位鉆孔銜接抽采模式達(dá)到了預(yù)期的效果，提高了瓦斯抽采效率，是治理瓦斯超限的有效方法。

[1] 陳 亮，許小凱，尚榮亞，等．綜放采空區(qū)千米鉆孔與高位鉆孔抽采方法對比分析及優(yōu)化[J]．中國煤炭，2015，41(2)：92-95.

[2] 宋宜波.高瓦斯綜采工作面瓦斯綜合治理實(shí)踐[J].煤炭技術(shù)，2008(1)：65-67.

[3] 譚永福，趙 新，高玉濤，等.單一煤層綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)[J].煤礦安全，2008(10)：72-74.

[4] 張明福，張興安，曹邦慶，等.高瓦斯礦井單一特厚煤層綜放面瓦斯治理[J].能源技術(shù)與管理，2007(4)：26-27.

[5] 張吉林，衛(wèi) 東，蔡鋒光.陽泉礦區(qū)瓦斯抽放方式及優(yōu)選原則[J].煤田地質(zhì)與勘探，2001(4)：17-19.

[6] 李鳳龍，楊宏民，陳立偉．大直徑高位鉆孔治理綜放工作面初采期瓦斯涌出[J]．中國煤炭，2015，41(4)：114-117.

[7] 馮善欽．綜放面初采期瓦斯不穩(wěn)定涌出治理技術(shù)[J]．能源技術(shù)與管理，2015,40(5)：46-48．

2016-09-30)

吳晉軍(1973—)，男，助理工程師，048000 山西省晉城市北石店鎮(zhèn)。