高位鉆孔抽放技術在高瓦斯回采工作面中的應用

杜敬彬

摘 要：本文以高瓦斯回采工作面為研究對象，對高位鉆孔抽放技術在回采工作面的應用進行了探討，以提高煤礦行業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的安全性。

關鍵詞：高位鉆孔;抽放技術;高瓦斯;應用

0 引言

近幾年來，隨著我國煤礦向高強度、集約化方向發(fā)展及開采深度的增加，工作面回采后形成的采空區(qū)面積逐步增大，瓦斯涌出也相應增加，尤其是采空區(qū)上隅角的瓦斯治理越來越困難，影響著煤礦的安全生產(chǎn)，采用高位鉆孔抽放技術能夠有效解決這一問題。

1 礦井概況及瓦斯超限原因與解決思路

1.1 礦井概況

M煤礦屬于國有礦井，年產(chǎn)量非常高，達到了120萬t。該煤礦曾經(jīng)出現(xiàn)過很多次瓦斯事故?，F(xiàn)在進行回采的11#煤層工作面長度是180m，主要采用的是走向長臂后退式開采方式，11#煤層厚度約3m左右，工作面采高約2m左右。頂板的大致狀況是：偽頂是粉砂巖，成深灰色，厚度在0.4m左右。工作面在回采時，瓦斯大量涌現(xiàn)，上隅角瓦斯超限[1]。

1.2 瓦斯超限原因與解決思路

一直以來，M煤礦的生產(chǎn)質量和效率都很好，在實施區(qū)域防突任務中，加大了對保護層煤層的開采，回采中上隅角瓦斯超限問題十分突出，一方面是開采區(qū)中暴露的煤在頂板的垮落下，其中存在的瓦斯被快速解吸，釋放;另外一方面，在煤層采動時，瓦斯通道打開，處在吸附狀態(tài)的瓦斯被解吸，同處在游離狀態(tài)的瓦斯共同涌入工作面。此外，在工作面配風量的持續(xù)上升下，采空區(qū)漏風帶寬度也會隨之增加，采面瓦斯量也會增加。而在工作面的不斷推進下，頂板會破損垮落，這增加了上隅角瓦斯超限管理的難度，對礦井的安全生產(chǎn)帶來了很大的影響。

依據(jù)瓦斯超限一般集中于上隅角這一特征，如果在頂板裂隙帶開始進行高位鉆孔施工并讓其和瓦斯抽放管相連，構成瓦斯抽放系統(tǒng)，受到瓦斯抽放泵負壓的影響，瓦斯會順著裂隙用到抽放鉆孔中，被抽放到地面，排到大氣或進行利用，以減少工作面瓦斯涌現(xiàn)量，保證礦井安全作業(yè)，通過有關實踐表明，該種方式是具有可行性的。

2 高位鉆孔抽放原理

當開采煤層之后，附近巖層會因采動出現(xiàn)位移，這時地應力不得不重新進行分布。高位鉆孔是對垂直方向或水平方向裂隙帶中及一些離層區(qū)的大量瓦斯進行抽取。受到采動的影響，工作面煤壁會遭受到一定程度的破壞，出現(xiàn)垂向裂隙，煤層中原有的瓦斯壓力會逐漸變小，吸附瓦斯被解析成游離瓦斯，而這些瓦斯會經(jīng)過煤壁或者是頂板縫隙進入到抽放鉆孔，采面往前移動，該動態(tài)概念，在煤層卸壓、瓦斯流動等方面有著很重要的作用。所以，經(jīng)過高位鉆孔，既能夠將瓦斯涌出通道切斷，還能夠讓采空區(qū)下層瓦斯的運動方向發(fā)生改變，從而減少了瓦斯的涌現(xiàn)量。

3 高位鉆孔抽放參數(shù)確定及設計

3.1 鉆孔抽放參數(shù)確定

3.1.1 確定鉆場層位、鉆孔落點位置

結合巖層的損壞程度和位移情況，當工作面往前開始移動式，位于工作面后的采空區(qū)的覆巖層會慢慢變成懸臂梁，在巖石應力的影響下，附近巖層、開采層間會構成冒落帶、彎曲下沉帶、裂隙帶等等。通常情況下，冒落帶高度是采高的5倍作用，如果將高位鉆孔的位置選在冒落帶，在工作面開始慢慢推進時，處在開采層附近的煤層，會因冒落帶的冒落而發(fā)生冒落，瓦斯會徹底在采空去釋放，但在回采風量的影響下，瓦斯?jié)舛鹊姆€(wěn)定性不好，無法有效完成抽放。如果將高位鉆孔的位置選在彎曲下沉帶，不能破壞巖層的完整性，而裂隙將連通性不高，無法抽取大量瓦斯。所以，應該將高位鉆孔位置選在裂隙帶，該帶可以徹底卸壓，瓦斯被全部解析，瓦斯?jié)舛却螅浅榉磐咚棺罾硐氲膮^(qū)域。另外，要確定鉆孔落點位置時，冒落帶上部是最好的區(qū)域。

3.1.2 鉆孔參數(shù)設計要求

在設計鉆孔參數(shù)時需要遵循以下原則：一是抽放鉆孔終端要設計好，需要進到附近層卸壓范圍的中下部;二是為了防止鉆孔中涌入大量空氣，開在設計開孔端時需要設計在不會被采動影響的煤巖中，且鉆孔不可以穿入冒落帶;三是鉆孔抽放短不能被頂板冒落影響，出現(xiàn)中斷的問題。

3.2 鉆孔抽放參數(shù)設計

3.2.1 確定鉆孔標高

通過有關實踐分析，可以將M煤礦鉆孔高度確定下來，控制在8-5m左右，裂隙帶高度一般是采高的7-12倍左右。一般瓦斯在工作面之上的15-25m左右。鉆孔終孔和煤層頂板的距離不能超過15m，一旦超過在冒落帶抽取的瓦斯量就會變得很少。

3.2.2 確定終孔間距、孔深

結合某煤礦抽放的具體效果看，終孔間距需要控制在5m左右，這樣，就能夠達到最佳的抽放效果。因為上文中對采空點高度等數(shù)值進行了確定，經(jīng)過對三角形正切值的計算，就能夠將鉆孔的傾角確定下來約18°。鉆孔深度的確定要考慮鉆機性能，鉆機性能強，鉆孔速度就快，傾角變大，深度隨之減少。

3.2.3 布置鉆孔

一是布置平面。為了達到最理想的治理效果，在進行平面布置時，我們在鉆場區(qū)域設計了13個抽放鉆孔，鉆孔都是分兩排進行設置的，每排鉆孔間距控制在0.5m左右，終孔點設置在巷道輪廓線內。二是布置剖面。出于對鉆機施工便利等方面因素的考慮，鉆場中第一二排鉆孔開孔位置與巷道底板相距1.2m、1.8m左右，具體如圖1所示。

4 高位鉆孔抽放技術在高瓦斯回采工作面中的抽放效果分析

4.1 上隅角瓦斯?jié)舛茸兓癄顩r分析

因為在整個采區(qū)中工作面是漏風區(qū)，采空區(qū)瓦斯大部分都是從該面的隅角流出的，并且他的風流一般都是處在渦流狀態(tài)，速度慢，主風流無法全部排出聚集在此的瓦斯，所以，上隅角瓦斯?jié)舛缺裙ぷ髅鎰e的地方要高很多，瓦斯超限風險很高。在未進行高位鉆孔抽放前，上隅角中出現(xiàn)了多次瓦斯超限，而經(jīng)過高位鉆孔連抽之后，瓦斯零超限。

4.2 抽放鉆孔瓦斯?jié)舛?/p>

從開始進行鉆孔到第一個鉆孔連抽任務開始時，每天都要派專人去測試各鉆孔瓦斯?jié)舛取＝Y合具體測試數(shù)據(jù)制作鉆孔層位、抽放濃度、流量間的關系圖，如圖2所示。由圖能夠了解到當抽放瓦斯?jié)舛燃s55%時，抽放的平均瓦斯流量約2.5m3/min。在回采的半年時間內，上隅角瓦斯超限問題基本沒有出現(xiàn)，工作面可以安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

5 結論

針對M煤層瓦斯抽放情況的分析，可以得到如下幾點認識：①在回采工作面瓦斯治理工作中使用高位鉆孔抽放技術效果很好，大大提升了瓦斯抽放的效率，降低了瓦斯超限風險，使工作面作業(yè)環(huán)境更加安全、穩(wěn)定;②為了讓工作面過鉆場不對抽放效果造成影響，鉆孔層位需要依據(jù)頂板巖性、布置區(qū)域、開采特點、周圍開采層間距等各方面狀況進行確定，尤其是要控制好終孔點距離，這樣，才能達到最理想的抽放效果;③在完成周圍層瓦斯抽放任務后，安全生產(chǎn)情況得到了一定程度改善，在同一時間內工作面的推進，速度也隨之提升，回風流瓦斯?jié)舛却蟠蠼档?。所以，使用回風巷鉆場施工高位鉆孔抽放工作面采空區(qū)瓦斯，可以使工作面上隅角瓦斯超限問題得到有效解決。

參考文獻：

[1]薛慶彬，丁順明.關于高瓦斯綜采工作面定向高位鉆孔瓦斯抽采技術研究[J].煤炭科學技術與應用，2017，12 （12）：2128-2130.