高位迎面斜交鉆孔參數(shù)優(yōu)化的研究與應(yīng)用

內(nèi)容摘要：戊8- 31120采面采用高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔有效的控制了上隅角及回風(fēng)流瓦斯，并通過(guò)高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔實(shí)際施工參數(shù)及效果與設(shè)計(jì)相比較，不斷優(yōu)化鉆孔施工參數(shù)，保證單孔抽放具有較高的瓦斯?jié)舛?，確保了礦井高效、安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：防治煤與瓦斯突出；迎面斜交預(yù)抽瓦斯鉆孔；優(yōu)化鉆孔參數(shù)

隨著礦井開(kāi)采深度的逐步延伸，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力逐步加大，逐漸由一個(gè)低瓦斯礦井轉(zhuǎn)變?yōu)橥怀龅V井，瓦斯涌出量激增的嚴(yán)重形勢(shì)，使礦井的安全生產(chǎn)和高產(chǎn)高效建設(shè)受到極大威脅。瓦斯防治是確保煤礦高產(chǎn)高效的一項(xiàng)重要安全技術(shù)措施，開(kāi)采煤層組時(shí)的瓦斯治理更是一個(gè)難點(diǎn)，特別是煤層組首次開(kāi)采時(shí)，鄰近層瓦斯將占回采工作面瓦斯涌出量的60%以上，高瓦斯含量、壓力的鄰近煤層隨采動(dòng)影響，卸壓后瓦斯將大量涌出，涌出的瓦斯積聚在采空區(qū)，并隨著風(fēng)流進(jìn)入到回風(fēng)巷造成上隅角瓦斯高濃度超限或回風(fēng)巷瓦斯高值，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。本論文簡(jiǎn)要介紹高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔施工參數(shù)優(yōu)化。

一、工作面概況

戊8-31120工作面位于三水平戊二采區(qū)西翼上部。東起三水平戊二皮帶下山，西至一、四礦邊界；南鄰為31100采空區(qū)，北鄰戊8-32040采面（設(shè)計(jì)）。地面位于滑角山西南部，落鳧山西北坡，其地面標(biāo)高為+220～+320m，工作面標(biāo)高為-487～-516m。該工作面可采走向長(zhǎng)度1063m，采長(zhǎng)148.8m，采高1.8m，可采儲(chǔ)量42萬(wàn)t，沿戊8煤層施工，戊8煤層厚度1.6～2.5m，平均2.0m，煤層傾角5～9°，平均7°。該工作面煤層瓦斯壓力0.2～0.4MPa，煤層瓦斯含量3.0～4.0m?/t，煤層自然發(fā)火期3～6個(gè)月；煤塵爆炸指數(shù)31.74～39.05%，具有爆炸危險(xiǎn)性；地溫35.5～39℃，屬地溫異常區(qū)。

采掘過(guò)程中，戊8-31120工作面絕對(duì)瓦斯涌出量較大，遇煤層厚度增大或斷層時(shí)，煤層瓦斯含量和瓦斯涌出量可能還會(huì)增大。

二、高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔

為保證戊8-31120工作面安全高效生產(chǎn)，控制上隅角及回風(fēng)流瓦斯，在戊8-31120工作面實(shí)施高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔，并不斷優(yōu)化鉆孔施工參數(shù)，保證單孔抽放具有較高的瓦斯?jié)舛取?/p>

根據(jù)我礦采面迎面斜交穿層鉆孔抽采經(jīng)驗(yàn)，該采面在風(fēng)巷設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)，距切眼90m設(shè)計(jì)第1個(gè)鉆場(chǎng)，向外每40～50m設(shè)計(jì)一個(gè)鉆場(chǎng)，共設(shè)計(jì)21個(gè)鉆場(chǎng)。每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)5個(gè)迎面斜交鉆孔，使用SGZ-ⅢA型鉆機(jī)施工，孔徑不低于89mm，孔深80m，采用聚胺脂封孔，終孔位置設(shè)計(jì)在頂板冒落帶以上、裂隙帶之間。

三、瓦斯治理效果分析

根據(jù)戊8-31120采面瓦斯治理情況分析，采面迎面斜交鉆孔的最佳抽放位置是鉆孔距煤層頂板5～13m、距風(fēng)巷上隅角平距為10～20m處，為確保鉆孔最佳抽放有效長(zhǎng)度，因此設(shè)計(jì)鉆孔終孔位置應(yīng)控制在距煤層頂板5～20m、距風(fēng)巷上隅角距離5～30m處。

（一）戊8-31120采面回采期間迎面斜交鉆孔參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)采面回采后冒落帶高度最大高度計(jì)算公式（式中M為采高）：

H冒=100M/（4.7M+19）=100×1.95/（4.7×1.95+19）=6.9

及裂隙帶最大高度計(jì)算公式：

H裂=100M/（1.6M+3.6）=100×1.95/（1.6×1.95+3.6）=29.0

計(jì)算出冒落帶最大高度為6.9m，裂隙帶最大高度為29.0m。

根據(jù)戊8-31120采面回采實(shí)際情況，在回采過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)頂板破碎，煤層頂板周期來(lái)壓明顯，一般20～30m一次，同時(shí)根據(jù)回采后冒落帶高度最大高度及裂隙帶最大高度，采面迎面斜交穿層鉆孔參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)5個(gè)迎面斜交鉆孔，使用SGZ-ⅢA型鉆機(jī)施工，孔徑不低于89mm，孔深80m，采用聚胺脂封孔，終孔位置設(shè)計(jì)在頂板冒落帶以上、裂隙帶之間，鉆孔距風(fēng)巷平距分別為13.6～24.1m，距煤層頂板垂距分別為16.9～20.9m，向外每20～25m設(shè)計(jì)一個(gè)鉆場(chǎng)。鉆孔抽放純量由原來(lái)的1.1 m?/min提高為2.6 m?/min，瓦斯抽放效果明顯。

四、采面瓦斯治理存在問(wèn)題及采取措施

根據(jù)采面回采期間瓦斯治理現(xiàn)場(chǎng)分析，在瓦斯治理方案實(shí)施過(guò)程中，存在以下問(wèn)題影響采面瓦斯治理效果。

（一）鉆孔施工存在問(wèn)題

1.通過(guò)分析，由于受條件限制，在巷道幫開(kāi)孔施工的迎面斜交鉆孔鉆孔參數(shù)方位角偏大造成有效抽放長(zhǎng)度比鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔短。

2.在巷道幫開(kāi)孔鉆孔容易打住巷道幫錨桿。

3.在巷道幫開(kāi)孔鉆孔容易串孔、漏氣。

4.在巷道幫開(kāi)孔鉆孔容易塌孔。

（二）瓦斯管理措施落實(shí)存在問(wèn)題：

1.采面上、下隅角充填墻用編織袋裝塑料泡沫充填，但編織袋內(nèi)未裝碎煤，造成充填墻有縫隙，充填不嚴(yán)實(shí)。

2.拉架后充填墻未能及時(shí)充填，造成采空瓦斯向外涌出。

3.上、下隅角導(dǎo)擋風(fēng)簾有使用長(zhǎng)度不夠、不接頂、不使用現(xiàn)象，使采面有效風(fēng)量降低，同時(shí)增加采空區(qū)漏風(fēng)，造成采空區(qū)瓦斯向上隅角采空區(qū)運(yùn)移，加大了采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯向上隅角逸散速度，并大量向外涌出瓦斯，造成回風(fēng)流出現(xiàn)瓦斯高值。

提高采面瓦斯治理效果采取措施：

根據(jù)采面回采期間瓦斯治理存在問(wèn)題，采取以下措施提高采面瓦斯治理效果。

1.根據(jù)分析，采空區(qū)瓦斯是治理瓦斯的重點(diǎn)。

2.為提高迎面斜交鉆孔抽采效果分析，一是嚴(yán)格按設(shè)計(jì)參數(shù)施工；二是通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化迎面斜交鉆孔施工參數(shù)，提高鉆孔有效抽放孔長(zhǎng)；三是適當(dāng)增加鉆場(chǎng)、鉆孔數(shù)量，在煤層頂板破碎段縮短迎面斜交鉆場(chǎng)間距。

3.加強(qiáng)生產(chǎn)期間，特別是推移支架時(shí)要加強(qiáng)瓦斯管理措施落實(shí)：上、下隅角必須設(shè)置充填墻，封堵墻要牢固可靠，封堵嚴(yán)密（充填袋禁止采用泡沫），對(duì)齊末組支架尾梁。上隅角必須正確吊掛導(dǎo)風(fēng)簾，導(dǎo)風(fēng)簾長(zhǎng)度不小于10m，導(dǎo)風(fēng)簾兩端長(zhǎng)度距煤壁和巷壁不得超過(guò)1.0m，吊掛接頂接底，有效避免上隅角瓦斯積聚。下隅角必須正確吊掛擋風(fēng)簾，擋風(fēng)簾長(zhǎng)度不小于10m，做到吊掛接頂、接底貼幫，減少采空區(qū)漏風(fēng)，拐機(jī)巷長(zhǎng)度不小于2m并向采面延伸三架。

通過(guò)以上措施，減少采空區(qū)瓦斯涌出，提高上隅角埋管的抽放效果，降低上隅角采空區(qū)瓦斯向外涌出。

4.采面每天堅(jiān)持施工超前瓦斯釋放鉆孔，防止生產(chǎn)期間煤體瓦斯異常涌出造成瓦斯高值。

5.上、下隅角必須及時(shí)拆卸錨盤，確保上下隅角切頂線內(nèi)采空區(qū)頂板及時(shí)垮落，減小上隅角瓦斯積聚空間。

6.加大瓦斯管理措施落實(shí)及迎面斜交鉆孔施工質(zhì)量的考核力度，進(jìn)一步提高上隅角插管、迎面斜交鉆孔抽放效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

高位迎面斜交鉆孔在生產(chǎn)中的應(yīng)用，證明了高位迎面斜交鉆孔是治理上隅角瓦斯的一個(gè)重要措施。高抽鉆孔不僅可以釋放煤壁瓦斯，同時(shí)還可以抽放上隅角和采空區(qū)瓦斯。為了提高抽放效果，要繼續(xù)研究高位鉆孔目的區(qū)，使鉆孔參數(shù)更加合理有效。

通過(guò)高位迎面斜交鉆孔瓦斯治理技術(shù)的實(shí)施，并根據(jù)研究的方案采取了切實(shí)可行的高位迎面斜交鉆孔參數(shù)優(yōu)化，保證單孔抽放具有較高的瓦斯?jié)舛?，采面回采期間上隅角瓦斯及回風(fēng)流瓦斯得到有效的控制，解決了采面回采過(guò)程中鄰近層瓦斯大量從采空區(qū)涌入工作面造成瓦斯高值、上隅角瓦斯高濃度瓦斯積聚及回風(fēng)流瓦斯超限事故的發(fā)生，從而加快了工作面的回采進(jìn)度，并在我礦丁6-32030采面也得到了很好的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了礦井安全、高效生產(chǎn)，具有良好的推廣價(jià)值及社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張亞楠，助理工程師，研究方向：一通三防及防突技術(shù)管理endprint