青崗坪礦42108工作面頂板高位定向長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽采分析

劉揚(yáng)，牛永壽，張輝，李小波

（1.中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110000；2.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 遼寧 沈陽(yáng) 110000；3.陜西旬邑青崗坪礦業(yè)有限公司 陜西 咸陽(yáng) 712000）

0 引言

目前隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采強(qiáng)度和開(kāi)采條件的變化，瓦斯已經(jīng)成為制約我國(guó)煤礦高產(chǎn)高效和綠色開(kāi)采的主要影響因素[1]。煤礦地下開(kāi)采深度的增加和開(kāi)采強(qiáng)度的增大，使得煤層瓦斯涌出的強(qiáng)度也隨之增大，特別是高瓦斯礦山[2]，造成煤礦生產(chǎn)過(guò)程中隱患也越來(lái)越多。對(duì)此，國(guó)內(nèi)專家和學(xué)者進(jìn)行了大量研究，取得了諸多突破性成果。郝曉偉在中興礦1415工作面采用“本煤層鉆孔+走向高位鉆孔+鄰近鉆孔+高抽巷+埋管抽采”的瓦斯治理技術(shù)，抽采效果顯著[3]。梁冰等對(duì)沙曲礦4＃煤層采前、采中及采后分別實(shí)施本煤層、鄰近層及采空區(qū)瓦斯抽采措施，有效解決了瓦斯超限的問(wèn)題[4]。白硯國(guó)采用高位巖石鉆孔技術(shù)對(duì)石港公司15210工作面采空區(qū)的瓦斯進(jìn)行抽采治理，實(shí)現(xiàn)了瓦斯的有效治理[5]。本文基于以上研究成果，根據(jù)青崗坪礦42108工作面具體現(xiàn)場(chǎng)情況，提出采用高位定向長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽采技術(shù)，并對(duì)各項(xiàng)瓦斯抽采措施參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期為類似工程條件的工作面瓦斯治理提供一定的借鑒。

1 工程概況

陜西旬邑青崗坪礦業(yè)有限公司行政區(qū)劃隸屬于陜西旬邑縣清塬鄉(xiāng)石門村轄區(qū)。42108工作面地面相對(duì)位置位于副井工業(yè)廣場(chǎng)西北山區(qū)內(nèi)，西部為采區(qū)三條大巷，北部為實(shí)體煤，南部距離42106采空區(qū)20 m（隔離煤柱），東部為井田邊界，現(xiàn)正進(jìn)行開(kāi)采。工作面直接頂為泥巖，厚度約1.0 m；老頂為深灰、黑灰色粉砂巖和中粒砂巖，厚度約為10.5 m，具波狀層理；工作面直接底為黑色炭質(zhì)泥巖，厚度約3.13 m，遇水易膨脹，易發(fā)生底鼓變形，為軟弱巖石；老底為紫灰、紫紅等雜色泥巖，厚度約3.35 m，易風(fēng)化破碎，見(jiàn)水膨脹。

42108工作面相對(duì)瓦斯涌出量為4.04 m3/t；工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為10.47 m3/min；工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為15.71 m3/min，瓦斯含量超過(guò)《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》中關(guān)于工作面回采時(shí)瓦斯含量規(guī)定值8 m3/min，具有突出危險(xiǎn)[6]。

依據(jù)礦井瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定結(jié)果，4-2煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.0218 d-1，煤層透氣性系數(shù)為0.121 m2/(MPa2.d)。由此可見(jiàn)，4-2煤層屬于可以預(yù)抽煤層。因此，青崗坪煤礦進(jìn)行開(kāi)采層瓦斯抽采是完全可行的。

圖1 42108工作面位置示意圖

2 工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)

2.1 高位鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)

高位鉆場(chǎng)的布置位置是否合理將直接影響到鉆孔成孔好壞、鉆孔有效抽放時(shí)間以及鉆孔的施工量，無(wú)論采用何種通風(fēng)方式都是回風(fēng)側(cè)的瓦斯?jié)舛容^高，所以一般將高位鉆場(chǎng)布置在回風(fēng)巷側(cè)[7]。根據(jù)42108工作面的現(xiàn)場(chǎng)情況，高位鉆場(chǎng)布置在回風(fēng)巷中。

在42108工作面軌道順槽內(nèi)斜向上按30°起坡施工高位巖石鉆場(chǎng)，直至斜巷底板高于煤層頂板1 m且完全避開(kāi)貼鄰頂板的一層破碎泥巖后開(kāi)始施工鉆場(chǎng)平臺(tái)，確保整個(gè)鉆場(chǎng)位于全砂巖中，不得在泥巖中開(kāi)設(shè)鉆場(chǎng)。設(shè)計(jì)施工的高位鉆場(chǎng)規(guī)格為長(zhǎng)6 m、寬5 m、高2.5 m，第一個(gè)高位巖石鉆場(chǎng)距工作面切眼的距離為80 m，相鄰兩個(gè)高位巖石鉆場(chǎng)的間距為80 m，42108工作面設(shè)計(jì)共施工19個(gè)高位巖石鉆場(chǎng)。為方便人員進(jìn)出，在鉆場(chǎng)斜巷施工臺(tái)階，為解決施工鉆孔時(shí)的排水問(wèn)題，在每個(gè)鉆場(chǎng)斜巷口處施工一個(gè)長(zhǎng)2 m、寬1 m、深0.8 m的臨時(shí)水倉(cāng)用于排水。高位巖石鉆場(chǎng)布置示意圖如圖2所示。

圖2 高位巖石鉆場(chǎng)布置示意圖

2.2 高位巖石鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

裂隙帶上部的離層裂隙是瓦斯主要存儲(chǔ)場(chǎng)所，而下部的穿層裂隙是瓦斯的運(yùn)移通道，所以將高位鉆孔布置在裂隙帶的上部時(shí)可抽采高濃度的瓦斯，但攔截效果不理想，將高位鉆孔布置在裂隙帶中下部時(shí)，可有效攔截鄰近層涌出的瓦斯，但受冒落帶漏風(fēng)的影響，抽放瓦斯?jié)舛容^低[7]。青崗坪礦42108工作面其上覆砂巖層較多，上覆巖層跨落后裂隙較為發(fā)育，層間垂直裂隙相對(duì)較大，布置在中下部時(shí)易將采空區(qū)空氣抽到鉆孔，綜合考慮將42108工作面高位鉆孔布置在裂隙帶上部。

每個(gè)高位巖石鉆場(chǎng)共設(shè)計(jì)施工16個(gè)高位巖石鉆孔，分兩排布置，每排8個(gè)鉆孔，第一排鉆孔開(kāi)孔高度為1.2 m，第二排鉆孔開(kāi)孔高度為1.5 m。1#高位巖石鉆場(chǎng)所有鉆孔的覆蓋范圍設(shè)計(jì)為傾向方向距軌道順槽的距離為50 m，走向方向長(zhǎng)度為90 m，2#~19#高位巖石鉆場(chǎng)所有鉆孔的覆蓋范圍設(shè)計(jì)為傾向方向距軌道順槽的距離為50 m，走向方向長(zhǎng)度為120 m，各鉆場(chǎng)鉆孔平面布置圖如圖3所示。根據(jù)工作面推進(jìn)過(guò)程中瓦斯涌出量的大小，對(duì)每個(gè)高位鉆場(chǎng)內(nèi)的巖石鉆孔數(shù)量及施工參數(shù)再進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3 瓦斯抽采效果分析

為了及時(shí)掌握42108工作面高位鉆孔瓦斯抽采的情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)瓦斯參數(shù)進(jìn)行了采集，檢驗(yàn)高位鉆孔的抽放效果。如圖4、5所示。

圖4 高位鉆場(chǎng)抽采參數(shù)隨鉆場(chǎng)與工作面距離不同的變化曲線

由圖4和圖5可以看出，42108工作面1#高位鉆場(chǎng)抽采期間內(nèi)平均抽采量為1.65 m3/min，最大抽采量為3.77 m3/min；日平均抽采量為2 383 m3/d，最大日抽采量為5 433 m3/d；抽采周期內(nèi)共抽采瓦斯147 658 m3。在此期間高位鉆孔瓦斯抽采率平均值為50.5%，大于50%的抽采率要求，其基本消除了由本煤層、鄰近煤層和采空區(qū)瓦斯所帶來(lái)的工作面瓦斯隱患，同時(shí)保障了煤層瓦斯氣的回收利用。

圖5 高位鉆場(chǎng)抽采期間抽采參數(shù)變化曲線

4 結(jié)語(yǔ)

（1）基于對(duì)42108工作面工程地質(zhì)條件，提出采用高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)，并確定了各項(xiàng)瓦斯抽采措施的合理參數(shù)；

（2）工作面回采期間瓦斯?jié)舛痊F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，42108工作面瓦斯治理效果顯著，確保了工作面安全回采的順利進(jìn)行。