綜采工作面高位瓦斯長孔抽采鉆場鉆孔參數研究

摘要：綜采工作面隨著時間推移采空區瓦斯涌出量逐漸增大，進而導致上隅角瓦斯頻繁超限影響安全生產，因而僅靠通風的方式已經解決不了上隅角瓦斯超限，必須對工作面施工高位鉆孔進行瓦斯抽采。龐莊礦張小樓井通過對75213綜采工作面高位鉆場及鉆孔參數（鉆孔的個數、鉆孔的方位角、鉆孔的長度、鉆孔末端與工作面頂板的距離）與瓦斯抽采量的關系的研究、進一步優化高位鉆場布置，提高瓦斯抽采率，對今后防治綜采工作面上隅角瓦斯積聚超限工作有一定參考價值。

關鍵詞：綜采工作面 上隅角 高位鉆場 長孔抽采 鉆孔法距 平距 布置參數

1 張小樓井地質構造對瓦斯的影響

龐莊礦張小樓井大、中型斷層共12條，影響7煤共有10條，每立方千米和斷層條數和長度分別為0.8條和1343m/km2，這些斷層對煤層的連續性破壞較大，F1壓性斷層具有的封閉性特點，致使該井田瓦斯含量較高，也是礦井發生瓦斯噴出的原因所在，井田內7煤頂板受河流沖刷形成了高透氣性的砂巖，-750m以下采區因K1斷層影響，造成西翼西一、西二采區涌出規律不相同，西二瓦斯涌出量高于西一采區。張小樓井礦井瓦斯絕對涌出量為20.52m3／min，相對瓦斯涌出量為8.52m3／t，因地質條件復雜、局部瓦斯偏高，一直按照高瓦斯礦井進行管理，特別是回風隅角瓦斯治理是重點。

2 75213綜采工作面地質狀況

75213工作面位于西一下山采區，工作面標高：-1100.0

米～-1145.3米，煤層平均厚度2.5米，7煤頂板以深灰色砂頁巖、深灰色粗粒砂巖為主，工作面傾角8度。75213工作面地質構造較為復雜，面走向長是指外面預計止采線到跳面切眼和里面預計止采線到里面切眼的距離總和，里面走向長127m面長182.5m，外面Ⅰ走向長234.5m面長182.5m，外面Ⅱ走向長152.5m，面長192.5m。

3 75213高位鉆場設計的優化

3.1 高位鉆孔法距參數

高位鉆孔法距是指高位鉆孔軸線的終孔位置與開采煤層頂板的垂直距離，在采煤工作面推進過程中由于上覆巖層破壞、移動的形態特征和裂隙發育情況不同，分為：冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。根據以往的研究，高位鉆孔終孔位于裂隙帶中下部與冒落帶上部抽采效果最好，因此準確劃分上覆巖石的冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶對高位孔法距參數的確定有重大意義。

根據礦壓觀測，75213工作面周期來壓步距為23m。工作面側頂板破斷角為61度，最后確定高位鉆孔法距取值范圍為：10.5～28米。

3.2 確定鉆孔平距參數

高位鉆孔平距指高位鉆孔終孔位置在水平面上的投影點距回風巷水平投影的垂直距離，根據采動裂隙O型圈理論，在距回風巷0-40米并處裂隙帶的巖層區域內，采動裂隙分布密度大，巖層離層率高，透氣性好，有利于瓦斯抽采，因此，取值不大于40米。

3.3 鉆場布置參數

鉆場分布情況：75213工作面材料道走向長度680米，4號鉆場位置在止采線向外19m處（8點后35.7m，），3號鉆場位置距離4號鉆場135m（9點后12.2m）處，其余鉆場依次向切眼方向布置，2號鉆場位置距離3號鉆場161m（4點前7.4m）處。

3.4 鉆場鉆孔布置參數

75213綜采工作面鉆場參數主要包括：鉆場內鉆抽采孔數、各鉆抽采孔間距、各抽采孔在空間上的相互關系和相鄰鉆場的距離等。①鉆場內孔數。試驗說明增加孔數可以增加抽放量和抽放影響范圍，對100～150m長的鉆孔，一般可采用6～8個孔，呈扇形布置。②同一鉆場內鉆孔間距。主要是終孔點的間距，根據試驗各孔之間間距采用3 m左右為宜。過密將造成抽采孔和抽采孔互相干擾，不能達到增加抽放量的目的。③同一鉆場內鉆孔深度。試驗中比較了同一鉆場內各鉆孔同一深度和不同深度效果，各孔同一深度抽放效果，明顯高于同一鉆場內采用不同深度鉆孔的鉆場。④75213綜采工作面鉆場內向采空區方向施工兩排共8個高位抽放鉆孔，上排孔開口位置距鉆場頂板0.4m，下排孔開口位置距鉆場頂板0.8m，鉆孔間距0.7m，鉆孔直徑89mm，孔深148m，封孔長度大于8m以上。⑤鉆孔末端距煤層頂板控制在9-12.75m范圍內，⑥鉆場間距的確定。合理的鉆場間距應當是相鄰兩鉆場的鉆孔在空間上能重疊，并且前鉆場的高濃度終點恰好接續本鉆場高濃度的起點，即鉆孔空間重疊和抽放接續。試驗結果表明，若按鉆孔深度為130～160m，鉆場間距采用110m左右較為合適。孔深增加或減少應適當調整鉆場間距。⑦高位鉆孔的封孔技術改進。以75213綜采工作面為例，每個鉆孔終孔施工完畢后，采用聚氨酯封孔，封孔長度10-15米，要求整個操作時間不超過3分鐘。封孔后推入孔內適當位置，待聚氨酯反應，固定好孔口管路。

4 實施效果分析

高位巖石長孔抽采方式克服了從煤層開孔鉆桿初接觸頂板下沉變形、遇護幫錨桿造成鉆孔失敗、開孔仰角相對大而有效抽采鉆孔距離短的缺點，降低了鉆孔仰角，延長了鉆孔施工長度，達130m，有效抽采加長，并形成疊加的效果。使用該方法初步試用效果明顯。75213工作面抽采濃度為例，12月16日連孔當月最低濃度3.42%，最高濃度8.79%，進入1月份以后，抽采濃度逐步進入穩定期，最高濃度為11.89%，平均濃度為8.85%，因此可以將高位鉆孔抽采高度區間確定為10.5～28m是合理可靠的。超前抽采平距可達到16m左右，未超前抽采和終抽過早，或是中途中斷抽采都將造成抽采距離損失，減少有效平距。最佳抽采位置是在距離工作面煤壁線15.5～38m處。根據平距與瓦斯濃度變化關系，鉆孔的兩端各18m抽采效果不好，故高位抽采時，要保證有30m的鉆孔水平壓茬長度。

5 結論

通過考察研究對抽采方法及抽采工藝進行調整和改進，對鉆孔個數、布置參數等問題進行優化，并對抽采效果進行對比和分析。以75213工作面1月份瓦斯抽采為例可知：高位抽采濃度在頂板以上11～16m范圍最穩定；穿層角度越平緩越穩定，故鉆場開孔宜在頂板以上1.5m處施工；施工方位角度宜在10°以下5°以上，抽采最優。對75213工作面因采取了高位鉆孔抽采后，杜絕了上隅角瓦斯超限現象，上隅角瓦斯濃度徘徊在0.25%～0.76%，回風流瓦斯濃度徘徊在0.7%以下，保證在達到瓦斯抽放效果的前提下，使鉆孔個數與總長度最小，改善了回采工作面關鍵部位的安全作業環境，確保工作面安全回采。