3305工作面高位裂隙鉆場(chǎng)應(yīng)用分析

呂慧民

一、工作面概況

（一）工作面要素：

3305工作面二1煤層底板等高線-502.5m～-552m，地面標(biāo)高﹢163m～﹢207m。上順槽長469.1m，下順槽長415m，切眼長102.8m，工作面平均采長85.4m，平均走向長385m。工作面地質(zhì)儲(chǔ)量40.7萬t。

（二）周圍開采情況

3305工作面上部為已回采結(jié)束的3303工作面，下部為未開采的3307工作面。

（三）煤層賦存情況

3305工作面開采煤層為二疊系山西組二1煤層，平均煤厚8.26m。煤層走向70 °～290°，傾角9°～20°，平均為14.5°，受斷層牽引局部傾角變化較大。煤體呈半亮型，強(qiáng)玻璃～金屬光澤，以粉狀、碎塊狀煤為主，夾少量塊狀煤，容重1.4t/m3，煤炭種類為瘦煤。

1.頂板

3305工作面開采煤層為二疊系山西組二1煤層，偽頂不發(fā)育。二1煤直接頂板一般為深灰色及黑色砂質(zhì)泥巖，薄層狀，含豐富的植物根部化石及發(fā)育的碳質(zhì)線，厚度1.40～7.71m，平均3.66m。二1煤老頂為灰褐色長石中細(xì)粒砂巖，厚度1.8～9.0m，平均5.25m，成份以石英長石為主，含暗色礦物及白云母碎片，夾煤線及泥巖包裹體，具交錯(cuò)層理，鈣質(zhì)膠結(jié)，層位穩(wěn)定，為本區(qū)良好的標(biāo)志層之一俗稱“十砂”（S10）。

2.底板

二1煤直接底為深灰色及黑色泥巖，薄層狀，含豐富的植物根部化石及發(fā)育的碳質(zhì)線，厚度0.1～3.6m，平均1.85m，含豐富植物根化石，夾煤線。二1煤老底為灰色中細(xì)粒砂巖，厚度2.16～5.69m，平均3.83m，成份以石英為主，長石次之，含大量炭屑及白云母碎片，具交錯(cuò)層理，鈣質(zhì)膠結(jié)，層位穩(wěn)定，為本區(qū)良好的標(biāo)志層之一俗稱“九砂”（S9）。

3.水文地質(zhì)情況。

該工作面上部為3303工作面采空區(qū)，屬弱補(bǔ)給邊界；工作面東部為F40-1導(dǎo)水?dāng)鄬?，?qiáng)補(bǔ)給邊界；工作面下部-552m等高線，無限邊界；西部為向斜軸，弱補(bǔ)給邊界。

（四）瓦斯情況

2013年10月，五環(huán)分公司委托河南理工大學(xué)在3305中巷進(jìn)行了瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定，實(shí)測(cè)煤層原始瓦斯含量14.52m?/t，原始瓦斯壓力0.63MPa，瓦斯抽采半徑2.99m/90d。計(jì)算3305工作面（含停采線外20m范圍）瓦斯儲(chǔ)量為614萬m3。

（五）地質(zhì)構(gòu)造情況

3305工作面位于鶴煤五環(huán)分公司33采區(qū)南翼，整體形態(tài)為一單斜構(gòu)造，工作面內(nèi)除局部產(chǎn)狀稍有變化，煤層產(chǎn)狀基本穩(wěn)定。由于受到東部礦界斷層F40-1斷層的影響，小斷層較為發(fā)育。3305工作面掘進(jìn)中實(shí)際揭露內(nèi)部2條正斷層，ⅢF96傾向120°傾角60°落差2.4m、ⅢF142 傾向272°傾角45°落差0.8m.

二、高位裂隙鉆場(chǎng)鉆孔抽放技術(shù)原理

根據(jù)礦山壓力理論，隨著煤礦井下工作面的回采推進(jìn)，在工作面周圍將形成一個(gè)采動(dòng)壓力場(chǎng)，采動(dòng)壓力場(chǎng)及其影響范圍在垂直方向上形成三個(gè)帶，由下向上分別為跨落帶、斷裂帶和彎曲帶。在水平方向上形成三個(gè)區(qū)，沿工作面推進(jìn)方向分別為重新壓實(shí)區(qū)、離層區(qū)和煤壁支撐影響區(qū)。由于工作面不斷向前推進(jìn)，采動(dòng)壓力場(chǎng)也隨之不斷發(fā)生變化。這個(gè)采動(dòng)壓力場(chǎng)中形成的大量裂隙，為瓦斯在采空區(qū)上覆巖層中的運(yùn)移和存儲(chǔ)提供了通道和空間高位鉆場(chǎng)就是在工作面風(fēng)巷中每隔一定距離施工斜巷進(jìn)入煤層頂板，在煤層頂板中施工高位鉆場(chǎng)，從鉆場(chǎng)中向工作面采空區(qū)方向施工頂板走向鉆孔，隨著工作面向前推進(jìn)，頂板垮落形成裂隙帶，大量采空區(qū)瓦斯進(jìn)入頂板裂隙中，并沿頂板走向鉆孔進(jìn)入礦井抽采管網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)抽采采空區(qū)瓦斯的目的，隨工作面的推進(jìn)，鉆孔垂高變小，接近并逐步進(jìn)入冒落帶。鉆孔后期，主要抽出上隅角瓦斯，這時(shí)瓦斯?jié)舛戎饾u變小，直到鉆場(chǎng)鉆孔拆除前仍可發(fā)揮作用。

三、實(shí)施方案

在工作面上順槽切眼外80m開掘第一個(gè)鉆場(chǎng)，在工作面上順槽工作面幫向頂板巖石掘一條傾角25°的斜巷，斜巷進(jìn)入頂板后變平巷掘鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)距煤層頂板2—5m，鉆場(chǎng)規(guī)格為4m×4m×2.5m， 以后每隔80m布置一個(gè)鉆場(chǎng)，共布置5個(gè)高位裂隙鉆場(chǎng)施工高位鉆孔，每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)8--10個(gè)呈扇形分布鉆孔（可以根據(jù)煤層瓦斯賦存情況適當(dāng)添加鉆孔）鉆孔分兩排布置，上排孔（雙號(hào)）控制煤層頂板以上12—15m，下排孔（單號(hào)）控制煤層頂板以上8m，控制上隅角以下20m范圍，孔長為90m左右，每個(gè)鉆孔安裝孔板流量計(jì)，相鄰兩鉆場(chǎng)之間的鉆孔超前交叉長度保持最少10m。

四、影響抽放效果的主要因素及參數(shù)分析

通過對(duì)多個(gè)鉆場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)觀察和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，找出影響高位抽放效果的主要因素：鉆孔終孔位置必須位于頂板硬巖區(qū)域，否則當(dāng)鉆孔角度較小時(shí)，鉆孔位于軟巖區(qū)域或煤層中，會(huì)直接影響抽放半徑，造成單孔管道內(nèi)流量低，瓦斯?jié)舛鹊?。抽放管質(zhì)量和是否全程埋管，抽放管質(zhì)量的好壞決定了前后兩個(gè)鉆場(chǎng)能否合理抽放頂板孔隙帶內(nèi)瓦斯。高位抽放的總體要求是：大流量，低負(fù)壓。這樣就要求高位鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔的連接方式與本煤層鉆孔有不同之處。要求高位鉆孔單孔直接連接到主管路上，并安裝閥門，負(fù)壓的大小也對(duì)抽放效果影響較大。

根據(jù)我礦的經(jīng)驗(yàn)分析：

1.單孔濃度最高的為2#孔。2#孔位于上隅角上方，終孔距煤層頂板為12--15m，抽采濃度始終保持在30%左右。

2.高位鉆場(chǎng)內(nèi)上排鉆孔抽采效果較好，即距煤層頂板法距12～15m的鉆孔濃度較高。下一步高位鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，可將鉆孔終孔高度上調(diào)。

3.由于瓦斯密度比空氣小，上隅角上方抽采效果較好，延切眼向下離上隅角越遠(yuǎn)抽采效果越差。為提高抽采效果，高位鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，可適當(dāng)加密上部鉆孔，減少工作面下部鉆孔的控制范圍。

五、提高抽放效果的方法

1.合理布置鉆孔，終孔位于頂板硬巖區(qū)域內(nèi)。

2.在同一個(gè)鉆場(chǎng)中，把抽放濃度最小或其它鉆孔相對(duì)較小的鉆孔關(guān)閉不抽，其它鉆孔負(fù)壓明顯升高，抽放量增加。數(shù)日后，再打開已關(guān)閉的鉆孔進(jìn)行抽放。

3.鉆孔施工完畢后，立即封孔，保證封孔質(zhì)量。

4.每個(gè)鉆孔直接連到抽放主管路，在鉆場(chǎng)的主管路上安裝孔板流量計(jì)加以監(jiān)測(cè)，優(yōu)化系統(tǒng)，提高抽放效果。

六、結(jié)語

高位裂隙鉆場(chǎng)抽放后，采空區(qū)瓦斯向采煤工作面涌出量大大降低。在工作面初次老頂來壓前，上隅角瓦斯?jié)舛仍?1%左右。頂板垮落后，3305工作面瓦斯?jié)舛认陆抵?.4%～0.5%，3305工作面抽放管道瓦斯?jié)舛茸畲笾颠_(dá)到35%，平均值為9%左右。在回采期間杜絕了瓦斯超限和積聚現(xiàn)象，回風(fēng)上隅角瓦斯也大大降低，從而避免了因采煤工作面瓦斯超限造成的不安全因素，實(shí)現(xiàn)了采煤工作面的安全生產(chǎn)。