定向裂隙帶長鉆孔代替本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔抽采技術(shù)應(yīng)用研究

趙愛國

(汾西礦業(yè)水峪煤業(yè)公司，山西 孝義 032302)

1 井田及工作面概況

水峪公司隸屬于山西汾西礦業(yè)集團(tuán)(有限)責(zé)任公司，宜興井田位于山西省中部，呂梁山東麓，井田面積為22.4km2，十采區(qū)回采工作面最大絕對(duì)涌出量為20.84m3/min，為高瓦斯區(qū)域。

10211工作面位于十采區(qū)，開采太原組2#煤層，地面標(biāo)高921m-1052m，工作面標(biāo)高為387m-805m。工作面走向長為2140米，傾斜長為180米，面積38520平方米。煤層平均厚度2.3m，頂板為砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層傾角8°-18°，平均傾角11°，容重為1.42t/m3。開采指數(shù)為0.95，變異系數(shù)為1，穩(wěn)定程度為較穩(wěn)定。

10211工作面采用一進(jìn)一回的“U”形通風(fēng)方式，10211材料巷回風(fēng)、10211運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)。

2 本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔與定向裂隙帶長鉆孔瓦斯抽采設(shè)計(jì)對(duì)比

本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔設(shè)計(jì)：每個(gè)鉆場(chǎng)布置裂隙帶鉆孔12個(gè)，分為上、下兩排布置，排間距為0.6m，每排鉆孔布置6個(gè)，鉆孔間距為0.6m。每排6個(gè)孔終孔高度分別為8倍、10倍、12倍采高(終孔高度分別為21.6m、27m、32.4m)。1#-6#為上排布置(鉆孔深度為100m)，7#-12#為下排布置(鉆孔深度為120m)。上排瓦斯抽采鉆孔開孔位置為距頂板0.3m，下排瓦斯抽采鉆孔開孔位置為距頂板0.9m。

10211材料巷15#-25#鉆場(chǎng)采用本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采治理回采工作面瓦斯(現(xiàn)工作面已推至19#鉆場(chǎng))，鉆孔終孔高度采用8-12倍采高，鉆孔終孔控制距離為材料巷至切眼30m范圍，鉆機(jī)采用CMS1-6200/80鉆車施工，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)施工12個(gè)鉆孔，鉆孔深度在100-120米。通過各個(gè)鉆孔不同的終孔位置對(duì)采空區(qū)裂隙帶的瓦斯進(jìn)行抽采。定期觀測(cè)分析不同采高、不同方位鉆孔瓦斯抽采參數(shù)，及時(shí)調(diào)整抽采鉆孔的負(fù)壓、流量。在瓦斯治理瓦斯抽采技術(shù)中積累了很多經(jīng)驗(yàn)，但在鉆孔定向軌跡方面不可控制，人員工作強(qiáng)度較大，工作環(huán)節(jié)多，成本費(fèi)用消耗較高，在工作面推進(jìn)至鉆場(chǎng)時(shí)存在安全隱患。

定向裂隙帶長鉆孔瓦斯抽采設(shè)計(jì)：每個(gè)鉆場(chǎng)布置定向裂隙帶長鉆孔5個(gè)，設(shè)計(jì)孔深為500m，鉆孔開孔間距為0.8m，工作面采高取值2.6m。終孔高度在6-8倍采高，1#、2#孔終孔高度為6倍采高(15m)，3#、4#孔終孔高度為7倍采高(18m)、5#孔終孔高度為8倍采高(20m)。定向裂隙帶長鉆孔開孔位置為距頂板0.7m，預(yù)計(jì)定向裂隙帶長鉆孔施工數(shù)量為10個(gè)，鉆孔分別以14°、18°、20°開口，向頂板施工100米后進(jìn)入裂隙帶層位，然后再沿設(shè)計(jì)層位繼續(xù)鉆進(jìn)400m，終孔位置控制在前方鉆場(chǎng)上部，確保終孔位置在同一層位的相鄰鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔能夠搭接。

鉆孔終孔控制距離為材料巷至切眼25m范圍，確定每個(gè)鉆孔的方位角。

采用ZYWL-13000DS定向鉆機(jī)施工大孔徑定向裂隙帶長鉆孔，對(duì)工作面采空區(qū)裂隙帶瓦斯進(jìn)行抽采，通過收集分析鉆孔竣工軌跡(平、剖面圖)，工作面推進(jìn)度、層位關(guān)系的數(shù)據(jù)，分析判斷裂隙帶鉆孔抽采參數(shù)與各種變量之間的關(guān)系。通過抽采參數(shù)研究，合理調(diào)整優(yōu)化裂隙帶鉆孔層位、平距，使抽采效果達(dá)到最優(yōu)化。從而指導(dǎo)下一個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔施工，既保證了工作面安全回采，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)約增效。

通過利用定向裂隙帶長鉆孔抽采瓦斯，會(huì)明顯減少該工作面的瓦斯風(fēng)排量，大幅提高工作面瓦斯抽采率，基本能夠杜絕工作面上隅角及回風(fēng)流瓦斯不超限，確保該工作面安全順利回采。定向裂隙帶長鉆孔瓦斯抽采方法流量大、抽采濃度高、工藝簡單、工程量小。

圖1 10211材料巷

工藝流程：

定向裂隙帶長鉆孔設(shè)計(jì)→鉆孔施工→鉆孔竣工圖繪制→抽采參數(shù)(濃度、流量)收集匯總→數(shù)據(jù)分析→鉆孔參數(shù)優(yōu)化→指導(dǎo)下一鉆孔施工→完成全部鉆孔施工→總結(jié)分析。

達(dá)到的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：

(1)工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛刃∮?.5%；

(2)工作面上隅角瓦斯?jié)舛鹊陀?.8%；

(3)工作面瓦斯抽采率不低于30%。

圖2 10211材料巷

3 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析及應(yīng)用前景

通過采用定向裂隙帶長鉆孔瓦斯抽采技術(shù)解決了鉆場(chǎng)與鉆場(chǎng)之間鉆孔搭接問題，減少了鉆孔施工工程，減低施工成本節(jié)省費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。10211材料巷本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔成本費(fèi)用為390萬。定向裂隙帶長鉆孔成本費(fèi)用為198.78萬，相對(duì)比利用定向裂隙帶長鉆孔較本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔節(jié)省費(fèi)用191.22萬元，成本費(fèi)用為本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔的51%。

(1)針對(duì)礦井復(fù)雜地層條件，開展了大孔徑、長距離定向裂隙帶長鉆孔軌跡研究，確保鉆孔軌跡位于裂隙帶內(nèi)，形成了適用于水峪公司十采區(qū)瓦斯治理技術(shù)體系，有效降低了礦井瓦斯治理成本。

(2)利用定向裂隙帶長鉆孔代替本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔瓦斯抽采，施工速度快、成本費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)同時(shí)，達(dá)到了節(jié)能增效的作用。

(3)利用ZYWL-13000DS大功率定向鉆機(jī)施工定向裂隙帶長鉆孔與本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔相比，定向裂隙帶長鉆孔軌跡可控制。

(4)減少本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔施工數(shù)量，減少了鉆場(chǎng)維護(hù)工作力度，實(shí)現(xiàn)減人提效，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。

(5)為下一步十采區(qū)瓦斯綜合治理提供技術(shù)保障。

4 結(jié)語

利用定向裂隙帶長鉆孔代替本煤層鉆場(chǎng)裂隙帶短鉆孔瓦斯抽采，有效解決了工作面采空區(qū)瓦斯治理難題，提高了工作面瓦斯抽采率，有效降低了回采工作面回風(fēng)巷、上隅角瓦斯?jié)舛?，同時(shí)施工速度快，成本費(fèi)用低，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的同時(shí)，有效降低了礦井瓦斯治理成本，達(dá)到節(jié)能增效的作用，具有很大的推廣應(yīng)用前景。為治理回采工作面上隅角超限提供了新的思路，對(duì)瓦斯治理工作具有一定指導(dǎo)意義。