大興礦瓦斯抽采以孔代巷技術(shù)研究與工程實(shí)踐

張朝川 尚 海

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）大興煤礦，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1 工程背景

大興礦北二1203 工作面走向長(zhǎng)1668m，傾向長(zhǎng)150m，絕對(duì)涌出量50.41m3/min，為突出煤層。工作面為復(fù)合頂板巖層，老頂由厚度6.32m 的粗砂巖、中砂巖組成，直接頂主要由厚度為2.88m 的粉砂巖組成，采用全部垮落法管理頂板。

該工作面為北二12 層采區(qū)首采工作面，12 煤層開采后，來自10-2 煤層和13、14 煤層以及本煤層涌出的瓦斯，易造成上隅角和回風(fēng)巷瓦斯超限。

為防治該工作面回采期間的瓦斯災(zāi)害，開采前夕設(shè)計(jì)了1 條1600m 長(zhǎng)的頂板瓦斯預(yù)抽巷，專門用于抽采采空區(qū)卸壓瓦斯?？擅鎸?duì)采掘接續(xù)緊張的局面，迫使該礦研究和提出以孔代巷技術(shù)方案，在此工作面回順施工8 個(gè)高位鉆場(chǎng)及1 個(gè)千米鉆場(chǎng)，通過高位走向長(zhǎng)鉆孔及大直徑定向鉆孔預(yù)抽采空區(qū)卸壓瓦斯，研究和檢驗(yàn)以孔代巷抽采瓦斯效果。

2 以孔代巷技術(shù)方案的研究

2.1 以孔代巷的思路

以孔代巷的思路就是利用一定數(shù)量的頂板高位走向長(zhǎng)鉆孔、大直徑定向鉆孔替代頂板抽采巷道，進(jìn)行高效抽采頂板瓦斯。其中，高位走向長(zhǎng)鉆孔可以在較短時(shí)間內(nèi)施工多個(gè)抽采濃度高、抽采流量大的有效鉆孔；大直徑定向鉆孔通過對(duì)鉆孔軌跡的精確控制，使鉆孔在回風(fēng)巷側(cè)頂板動(dòng)壓區(qū)域裂隙帶內(nèi)有效延伸，實(shí)現(xiàn)頂板動(dòng)壓區(qū)域裂隙帶內(nèi)的持續(xù)穩(wěn)定抽采。

2.2 以孔代巷技術(shù)方案

此方案內(nèi)容核心，即是基于工作面推進(jìn)周期來壓步距設(shè)計(jì)和施工高位鉆場(chǎng)及高位走向長(zhǎng)鉆孔，同時(shí)設(shè)計(jì)和施工大直徑定向鉆孔。

2.2.1 高位走向長(zhǎng)鉆孔布置

高位走向長(zhǎng)鉆孔布置方式要保證抽采工作面回采期間動(dòng)壓區(qū)間內(nèi)的裂隙通道及抽采工作面煤壁以及上隅角瓦斯。該工作面施工高位鉆場(chǎng)間距為140m，工作面推進(jìn)周期來壓步距為12m，鉆場(chǎng)布置在距12 煤層頂板2m的巖層中，鉆孔終孔點(diǎn)控制在距煤層頂板25m～42m 之間。

2.2.2 大直徑定向鉆孔布置

大直徑定向鉆孔布置要保證能夠連續(xù)抽采頂板周期卸壓瓦斯，鉆孔布置原則參考高位走向長(zhǎng)鉆孔設(shè)計(jì)垂高，確保鉆孔抽采層位準(zhǔn)確。

綜合地質(zhì)條件，要選擇較穩(wěn)定巖層施工，確保鉆孔施工成孔率及施工鉆孔數(shù)量，根據(jù)北二1203 工作面煤層頂板12m～19m 和22m～28m 為砂巖層，巖體結(jié)構(gòu)較完整，結(jié)合頂板裂隙發(fā)育特征和大興礦生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定布孔層位為13m～30m 之間。

3 綜合效果分析

大興礦北二1203 工作面回采期間，高位鉆場(chǎng)及千米鉆場(chǎng)抽采分支管路上都安裝了抽采計(jì)量裝置，為實(shí)現(xiàn)對(duì)水平長(zhǎng)鉆孔和定向鉆孔的計(jì)量考察創(chuàng)造了條件。

3.1 高位走向長(zhǎng)鉆孔

圖2 高位鉆場(chǎng)純瓦斯流量隨工作面過終孔點(diǎn)距離變化曲線

回順共8 個(gè)高位鉆場(chǎng)，施工高位走向長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行了瓦斯抽采。鉆場(chǎng)內(nèi)施工10～15 個(gè)高位走向長(zhǎng)鉆孔，鉆孔長(zhǎng)度為80m～200m，自回采開始至2019 年2 月，8 個(gè)高位鉆場(chǎng)的鉆孔工程量16808m。平均抽采瓦斯純流量為6.26m3/min，最大抽采瓦斯純流量為10.18m3/min。抽采瓦斯總純量為393 萬m3。高位走向長(zhǎng)鉆孔瓦斯流量隨抽采實(shí)間及工作面過終孔點(diǎn)距離變化曲線，見圖1、2。

圖1 高位鉆場(chǎng)純瓦斯流量隨抽采時(shí)間變化曲線

初期抽采階段為工作面推進(jìn)且過鉆孔終孔點(diǎn)20m時(shí)，高位走向長(zhǎng)鉆孔瓦斯流量明顯增大，其中最大單孔純量達(dá)2.62m3/min。工作面繼續(xù)推進(jìn)100m 范圍內(nèi)為抽采穩(wěn)定階段。當(dāng)工作面過終孔點(diǎn)距離120m 以后，鉆場(chǎng)開始進(jìn)入抽采衰減階段，此時(shí)下一個(gè)接續(xù)鉆場(chǎng)正好處于鉆孔初期抽采階段，保證工作面持續(xù)抽采。

3.2 大直徑定向鉆孔

北二1203 回順回風(fēng)道內(nèi)設(shè)置1 處千米鉆場(chǎng)，施工大直徑定向鉆孔共有7 個(gè)主孔、2 個(gè)分支孔，鉆孔長(zhǎng)度為312m～563m，鉆孔工程量3547m。2019 年3 月12 日開始連抽，大直徑定向鉆孔抽采瓦斯純量隨推進(jìn)時(shí)間變化曲線，詳見圖3。該千米鉆場(chǎng)平均抽采瓦斯純流量為4.32m3/min，最大抽采瓦斯純流量為9.29m3/min。抽采瓦斯總純量為175 萬m3。

圖3 大直徑定向鉆孔純瓦斯流量隨抽采時(shí)間變化曲線

3.3 兩類鉆孔抽采對(duì)比及其聯(lián)合抽采效果

瓦斯抽采前期，高位走向長(zhǎng)鉆孔直接作用于采空區(qū)高濃瓦斯積聚區(qū)，抽采效果明顯較大直徑定向鉆孔好。隨著工作面持續(xù)推進(jìn)，高位水平長(zhǎng)鉆孔逐漸脫離最佳抽采冒落區(qū)域，而大直徑定向鉆孔始終保持在采動(dòng)裂隙發(fā)育地帶，抽采效果逐漸凸顯，抽采平均純量與濃度逐步增加并實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定、高效抽采。

在高位走向長(zhǎng)鉆孔和大直徑定向鉆孔抽采區(qū)域范圍內(nèi)，隨著鉆孔抽采瓦斯純量的持續(xù)增大，工作面上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.34%～0.45%，回風(fēng)瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.42%～0.53%，抽采純量平均達(dá)到15m3/min，抽采濃度32%。通過兩種鉆孔相結(jié)合，在控制范圍上能夠滿足采面瓦斯治理工程布控需要，在抽采接續(xù)上能夠?qū)崿F(xiàn)較好的接續(xù)效果。

3.4 費(fèi)用對(duì)比

3.4.1 工程費(fèi)

大興礦北二1203 工作面施工1 條1600m 長(zhǎng)的頂板瓦斯道工程費(fèi)用需要1600 萬元。

以孔代巷技術(shù)的實(shí)施，僅施工高位鉆場(chǎng)、千米鉆場(chǎng)累計(jì)量分別為320m、15m，二者合計(jì)費(fèi)用335 萬元；施工高位走向長(zhǎng)鉆孔、大直徑定向鉆孔累計(jì)量分別為16808m、3547m，二者合計(jì)費(fèi)用約1195 萬元?？傆?jì)工程費(fèi)用1530 萬元。

由此可知，大興礦北二1203 工作面采用以孔代巷技術(shù)節(jié)省工程費(fèi)用70 萬元。

3.4.2 工期效率

1600m 長(zhǎng)的頂板瓦斯道施工工期需11 個(gè)月；高位鉆場(chǎng)需要2 個(gè)月、千米鉆場(chǎng)需要10 天，鉆孔施工可伴隨回采而進(jìn)行，不獨(dú)占工時(shí)。

可見工期效率得到很大提高，還可節(jié)省一定數(shù)額的管理費(fèi)用。

4 結(jié)論

1.以孔代巷在技術(shù)上是可行的，適用于大興礦北二采區(qū)12 煤層工作面。通過對(duì)大直徑定向鉆孔軌跡的精確控制，提前在工作面頂板采動(dòng)裂隙帶內(nèi)施工梳狀預(yù)抽鉆孔，將大直徑定向鉆孔以最長(zhǎng)化地展布在瓦斯積聚的水平裂隙巖層帶內(nèi)，結(jié)合高位走向長(zhǎng)鉆孔對(duì)工作面推進(jìn)時(shí)局部巖體卸壓瓦斯的快速抽采，抽采范圍將更具規(guī)模，以孔代巷抽采瓦斯將具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.根據(jù)瓦斯抽采效果，大直徑定向鉆孔與高位走向長(zhǎng)鉆孔都有各自的優(yōu)點(diǎn)，大直徑定向鉆孔抽采瓦斯在控制鉆孔預(yù)抽層位上具有明顯優(yōu)勢(shì)，抽采效果更穩(wěn)定，高位走向長(zhǎng)鉆孔初期瓦斯抽采能力更強(qiáng)，解決局部瓦斯涌出效果較好。結(jié)果表明，北二1203 工作面利用高位走向長(zhǎng)鉆孔和大直徑定向鉆孔可替代頂板瓦斯道抽采。

3.兩種控制不同重點(diǎn)區(qū)域的鉆孔相結(jié)合的瓦斯抽采方式，為今后進(jìn)一步研究與實(shí)施以孔代巷技術(shù)奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。