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

摘 要 為促進(jìn)礦井安全投入與安全經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，大興礦以北二1203工作面瓦斯治理為對象，研究以孔代巷技術(shù)，通過對大直徑定向鉆孔軌跡的精確控制，提前在工作面頂板采動裂隙帶內(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)合高位走向長鉆孔對工作面推進(jìn)時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，采用高位走向長鉆孔和大直徑定向鉆孔相結(jié)合方式成功替代頂板抽采巷，收到良好安全經(jīng)濟(jì)效果，并為井下瓦斯高效抽采與治理提供了借鑒。

關(guān)鍵詞 高位走向長鉆孔 大直徑定向鉆孔 以孔代巷 瓦斯抽采

中圖分類號：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0076-03

1 工程背景

大興礦北二1203工作面走向長1668m，傾向長150m，絕對涌出量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Σ删蚪永m(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個高位鉆場及1個千米鉆場，通過高位走向長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，高位走向長鉆孔可以在較短時間內(nèi)施工多個抽采濃度高、抽采流量大的有效鉆孔;大直徑定向鉆孔通過對鉆孔軌跡的精確控制，使鉆孔在回風(fēng)巷側(cè)頂板動壓區(qū)域裂隙帶內(nèi)有效延伸，實(shí)現(xiàn)頂板動壓區(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)和施工高位鉆場及高位走向長鉆孔，同時設(shè)計(jì)和施工大直徑定向鉆孔。

2.2.1 高位走向長鉆孔布置

高位走向長鉆孔布置方式要保證抽采工作面回采期間動壓區(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間距為140m，工作面推進(jìn)周期來壓步距為12m，鉆場布置在距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，高位鉆場及千米鉆場抽采分支管路上都安裝了抽采計(jì)量裝置，為實(shí)現(xiàn)對水平長鉆孔和定向鉆孔的計(jì)量考察創(chuàng)造了條件。

3.1 高位走向長鉆孔

回順共8個高位鉆場，施工高位走向長鉆孔進(jìn)行了瓦斯抽采。鉆場內(nèi)施工10～15個高位走向長鉆孔，鉆孔長度為80m～200m，自回采開始至2019年2月，8個高位鉆場的鉆孔工程量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。

初期抽采階段為工作面推進(jìn)且過鉆孔終孔點(diǎn)20m時，高位走向長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，鉆場開始進(jìn)入抽采衰減階段，此時下一個接續(xù)鉆場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，施工大直徑定向鉆孔共有7個主孔、2個分支孔，鉆孔長度為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)時間變化曲線，詳見圖3。該千米鉆場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。

3.3 兩類鉆孔抽采對比及其聯(lián)合抽采效果

瓦斯抽采前期，高位走向長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)用對比

3.4.1 工程費(fèi)

大興礦北二1203工作面施工1條1600m長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、千米鉆場累計(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長的頂板瓦斯道施工工期需11個月;高位鉆場需要2個月、千米鉆場需要10天，鉆孔施工可伴隨回采而進(jìn)行，不獨(dú)占工時。

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。通過對大直徑定向鉆孔軌跡的精確控制，提前在工作面頂板采動裂隙帶內(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)合高位走向長鉆孔對工作面推進(jìn)時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。

2.根據(jù)瓦斯抽采效果，大直徑定向鉆孔與高位走向長鉆孔都有各自的優(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，抽采效果更穩(wěn)定，高位走向長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)。