鉆場鉆孔無覆蓋“盲區(qū)”的瓦斯治理實踐

摘 要：文章介紹了以鉆場鉆孔為主要抽采方式的高瓦斯煤層回采工作面，在臨近鉆場、揭露鉆場、正過鉆場等各環(huán)節(jié)過渡期間，出現(xiàn)“鉆場報廢、鉆孔失效、鉆孔接力不夠”，形成無鉆孔覆蓋的“盲區(qū)盲帶”，造成回風流、上隅角、鉆場瓦斯異常偏大的問題。通過理論分析與現(xiàn)場實踐的結(jié)合，提出了“斜交高位攔截”鉆孔、鉆場預留埋管等瓦斯治理對策，有效地解決了工作面在鉆場過渡期間的瓦斯問題。

關鍵詞：高瓦斯工作面；鉆場過渡；治理對策

1 瓦斯治理概況

岱河煤礦位于淮北煤田濉蕭礦區(qū)閘河向斜中段之西翼。井田南北長5.6km，東西寬1.3～4km，面積約19.16km2，礦井內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造，煤層賦存不穩(wěn)定。礦井為高瓦斯礦井，目前延伸開采至Ⅲ水平?？刹擅簩訛?、4、5煤，3煤是主采煤層，埋藏深、賦存條件復雜，瓦斯含量大，回采期間多采用鉆場鉆孔和老塘埋管相結(jié)合的方法治理瓦斯。

該礦Ⅲ3217工作面走向長750m，傾斜寬度160m，標高-380～-420m，煤層平均厚度2.4m，傾角8°～10°。該工作面瓦斯主要來源于本煤層和鄰近層瓦斯涌出，絕對瓦斯涌出量8.42m3/min，相對瓦斯涌出量5.76m3/t。工作面采用U型通風，配風量為800m3/min。由于工作面瓦斯涌出量較大，回采期間采用頂板走向鉆孔和老塘埋管進行瓦斯抽采，來解決工作面瓦斯問題。

受煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響，在Ⅲ3217風巷煤層頂板施工6個高位鉆場，在每個鉆場內(nèi)布置8個頂板走向高位鉆孔，采用“4高4低（即4個長孔和4個短孔）”的布孔方式，開孔位置布置在3煤頂板巖石中，鉆孔長度100～150m，傾角8°～16°，孔徑Ф113的鉆頭開孔鉆進至終孔；終孔位置距工作面煤層頂板15～20m，鉆孔終孔位置控制在上風巷向下5～35m范圍內(nèi)，鉆孔壓茬長度不低于20m。對施工完畢的鉆孔采用Ф133的鉆頭自孔口向里進行擴孔，擴孔深度不小于10m。封孔時采用3寸無縫鋼管深入孔內(nèi)套管上，并使用水泥、砂漿進行封孔。再用Ф89mm橡膠埋吸管與Φ256mm主管路連接合茬抽采。

老塘埋管即沿回采工作面風巷的上幫敷設一趟Ф312mm的鐵皮管，抽采管路每隔一定距離設一個“三通”，在進入老塘前，將“三通”打開，埋入采空區(qū)，隨著工作面的推進進行瓦斯抽采。

2 問題的提出及原因分析

Ⅲ3217工作面初次放頂后，瓦斯抽采效果較好，鉆孔抽采濃度4.0～10%，純瓦斯流量2.5～3.4m3/min，老塘埋管濃度4.0%，純瓦斯流量2.0～3.0m3/min，工作面回風流瓦斯?jié)舛?.2%以下，上隅角瓦斯?jié)舛?.30%左右。但工作面推進距鉆場10m時，鉆孔抽采濃度2.0～5.4%，瓦斯純流量2.0～3.5m3/min，抽放濃度、抽放量逐漸降低，上隅角瓦斯處于臨界狀態(tài)；在接近鉆場至揭露鉆場期間，鉆孔抽采純流量1.0～2.0m3/min，基本不起作用。而下一個鉆場的接力長鉆孔（壓茬20m）作用不大或不起作用，鉆孔瓦斯?jié)舛?.6～4.4%，瓦斯純流量1.5～2.0m3/min，接力孔抽采效果不佳。

經(jīng)過現(xiàn)場觀察、分析抽采參數(shù)，在鉆場過渡期間，下一個鉆場抽采有效前，上一鉆場已拆除，只靠老塘埋管抽采瓦斯，作用范圍小、抽采能力有限，造成鉆場鉆孔周圍20m范圍內(nèi)出現(xiàn)抽采“空白盲區(qū)”。工作面距鉆場底板較近，受采動壓力的影響易鉆場頂板及周圍裂隙發(fā)育，鉆孔壓裂塌孔，漏氣嚴重，接力孔達不到接力的目的。而且工作面與上部鉆場溝通，在鉆場上方形成一個“瓦斯富集區(qū)”，鉆場垮落造成瓦斯瞬間涌出，上隅角瓦斯積聚，回風瓦斯0.6%左右，嚴重影響工作面的安全生產(chǎn)。如何解決鉆場過渡期間無鉆孔覆蓋的“空白盲區(qū)”瓦斯治理是迫在眉睫的問題。

3 采取的治理對策

高位鉆場掘進期間，頂板的原始應力狀態(tài)遭到破壞，產(chǎn)生了大量的微裂隙、裂隙，受工作面回采超前應力的影響裂隙逐漸增大，甚至產(chǎn)生了離層，給瓦斯的積聚提供了空間。鉆場內(nèi)頂板走向鉆孔一般布置比較密集，即便封孔質(zhì)量再高，也無法避免孔與圍巖、孔與孔之間的相互影響。在抽采負壓的作用下，鉆孔圍巖中形成了一個負壓區(qū)，與抽采負壓基本平衡。大部分采空區(qū)瓦斯通過抽采孔進入抽采系統(tǒng)，但一部分采空區(qū)瓦斯充填到了鉆孔圍巖裂隙中或直接吸附在圍巖上，隨著工作面的推進瓦斯補給源源不斷，鉆場影響區(qū)域的頂板巖石如同海綿體狀，吸收大量的瓦斯，而且鉆孔圍巖內(nèi)的瓦斯流向與孔內(nèi)瓦斯流向一致，最終在鉆場上方形成一個“瓦斯富集區(qū)”，所以解決“瓦斯富集區(qū)”的瓦斯問題是根本所在。

3.1 斜交高位攔截鉆孔

當工作面推至高位鉆場后，鉆場圍巖裂隙發(fā)育，頂板巖石失去支撐，受力平衡嚴重破壞，受采動影響及自身重量雙重作用，到一定程度后瞬間大面積垮落，將“富集區(qū)”內(nèi)的大量高濃度瓦斯壓入鉆場，繼而進入工作面回風流中，引起瓦斯超限。在分析了“富集區(qū)”瓦斯的特點及瓦斯超限的原因后，我們提出了“斜交高位攔截鉆孔”的方案來解決“富集區(qū)”的高濃度瓦斯。

在距離前一個鉆場20m位置的支護完好的巷道內(nèi)，采用拉棚、挑頂、打錨桿、噴漿等措施，確保開孔位置圍巖完好。然后施工孔徑Ф113的鉆孔3個，傾角40°～50°，長度40～50m，終孔位置距煤層頂板30m左右，鉆孔終孔位置控制在上風巷向下8～15m范圍內(nèi)，鉆孔長度在水平投影上超過前一個鉆場10m，然后合茬抽采。在抽采泵負壓的作用下，鉆場頂部積聚的瓦斯可沿鉆孔壁上行至孔口，通過攔截鉆孔抽出，減少了鉆場空間的瓦斯量。（如圖1所示）

過鉆場期間每推進2m對攔截鉆孔引管抽采濃度進行比對考察，數(shù)據(jù)表明在工作面推進至鉆場6m至揭露鉆場，斜交高位攔截孔抽采濃度上升明顯加快，最大達到9.2%，說明此時鉆場鉆孔受壓影響基本不發(fā)揮作用，下一個鉆場鉆孔達不到接力的目的，斜交高位攔截鉆孔很好地處理了過渡期間的瓦斯問題；在揭露鉆場至過鉆場后濃度基本變化不大，當采過鉆場4m時，斜交高位攔截孔抽采濃度呈下降趨勢，變化不大，回風瓦斯?jié)舛认陆担藭r下一個鉆場的長接力鉆孔開始發(fā)揮作用，兩處鉆孔“雙管齊下”發(fā)揮作用，抽采效果更加明顯。但在工作面推進至斜交高位攔截鉆孔位置6m時，由于頂板來壓，鉆孔漏氣嚴重，抽采濃度急劇下降，基本處于報廢，完成了過渡期間的使命。斜交高位攔截鉆孔在鉆場過渡期間起到了 “承上啟下”的接力作用，是頂板走向鉆孔的有益補充。（如圖2所示）

3.2 鉆場預留抽采軟管

工作面在過鉆場期間，在鉆場替棚、充填之前，將原抽鉆孔一趟的抽采管路上的“8通”中留“5通”甩到抽老塘一趟的管路上，“2通”合茬到鉆場，“3通”合茬到斜交高位攔截鉆孔。預留3根埋吸管從鉆孔甩掉敷設在鉆場頂部兩端，管口用細鋼絲網(wǎng)扎進懸空吊掛，防止堵塞孔口。利用抽采系統(tǒng)與鉆場抽采管路合茬抽采，很好地處理了過鉆場期間的瓦斯超限問題。（如圖3所示）

4 結(jié)束語

通過對回采工作面在臨近鉆場、揭露鉆場、正過鉆場等各環(huán)節(jié)瓦斯異常偏大的原因綜合研究，分析了鉆場過渡期間瓦斯“富集區(qū)”的機理，出現(xiàn)鉆孔無覆蓋“空白盲區(qū)”的原因。通過采取 “斜交高位攔截”鉆孔、鉆場預留埋管等有效的瓦斯治理對策，掩護鉆場過渡期間的順利推采，起到了較好的“承上啟下”接力作用。

參考文獻

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作者簡介：王二戰(zhàn)（1976，10-），男，漢族，安徽省泗縣人，助理工程師，畢業(yè)于安徽理工大學通風與安全專業(yè)，現(xiàn)任安徽省淮北市岱河礦業(yè)有限責任公司通風區(qū)主管技術員。