高位迎面斜交鉆孔參數優化的研究與應用

內容摘要：戊8- 31120采面采用高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔有效的控制了上隅角及回風流瓦斯，并通過高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔實際施工參數及效果與設計相比較，不斷優化鉆孔施工參數，保證單孔抽放具有較高的瓦斯濃度，確保了礦井高效、安全生產。

關鍵詞：防治煤與瓦斯突出；迎面斜交預抽瓦斯鉆孔；優化鉆孔參數

隨著礦井開采深度的逐步延伸，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力逐步加大，逐漸由一個低瓦斯礦井轉變為突出礦井，瓦斯涌出量激增的嚴重形勢，使礦井的安全生產和高產高效建設受到極大威脅。瓦斯防治是確保煤礦高產高效的一項重要安全技術措施，開采煤層組時的瓦斯治理更是一個難點，特別是煤層組首次開采時，鄰近層瓦斯將占回采工作面瓦斯涌出量的60%以上，高瓦斯含量、壓力的鄰近煤層隨采動影響，卸壓后瓦斯將大量涌出，涌出的瓦斯積聚在采空區，并隨著風流進入到回風巷造成上隅角瓦斯高濃度超限或回風巷瓦斯高值，嚴重影響安全生產。本論文簡要介紹高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔施工參數優化。

一、工作面概況

戊8-31120工作面位于三水平戊二采區西翼上部。東起三水平戊二皮帶下山，西至一、四礦邊界；南鄰為31100采空區，北鄰戊8-32040采面（設計）。地面位于滑角山西南部，落鳧山西北坡，其地面標高為+220～+320m，工作面標高為-487～-516m。該工作面可采走向長度1063m，采長148.8m，采高1.8m，可采儲量42萬t，沿戊8煤層施工，戊8煤層厚度1.6～2.5m，平均2.0m，煤層傾角5～9°，平均7°。該工作面煤層瓦斯壓力0.2～0.4MPa，煤層瓦斯含量3.0～4.0m?/t，煤層自然發火期3～6個月；煤塵爆炸指數31.74～39.05%，具有爆炸危險性；地溫35.5～39℃，屬地溫異常區。

采掘過程中，戊8-31120工作面絕對瓦斯涌出量較大，遇煤層厚度增大或斷層時，煤層瓦斯含量和瓦斯涌出量可能還會增大。

二、高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔

為保證戊8-31120工作面安全高效生產，控制上隅角及回風流瓦斯，在戊8-31120工作面實施高位迎面斜交瓦斯抽放鉆孔，并不斷優化鉆孔施工參數，保證單孔抽放具有較高的瓦斯濃度。

根據我礦采面迎面斜交穿層鉆孔抽采經驗，該采面在風巷設計鉆場，距切眼90m設計第1個鉆場，向外每40～50m設計一個鉆場，共設計21個鉆場。每個鉆場內設計5個迎面斜交鉆孔，使用SGZ-ⅢA型鉆機施工，孔徑不低于89mm，孔深80m，采用聚胺脂封孔，終孔位置設計在頂板冒落帶以上、裂隙帶之間。

三、瓦斯治理效果分析

根據戊8-31120采面瓦斯治理情況分析，采面迎面斜交鉆孔的最佳抽放位置是鉆孔距煤層頂板5～13m、距風巷上隅角平距為10～20m處，為確保鉆孔最佳抽放有效長度，因此設計鉆孔終孔位置應控制在距煤層頂板5～20m、距風巷上隅角距離5～30m處。

（一）戊8-31120采面回采期間迎面斜交鉆孔參數優化

根據采面回采后冒落帶高度最大高度計算公式（式中M為采高）：

H冒=100M/（4.7M+19）=100×1.95/（4.7×1.95+19）=6.9

及裂隙帶最大高度計算公式：

H裂=100M/（1.6M+3.6）=100×1.95/（1.6×1.95+3.6）=29.0

計算出冒落帶最大高度為6.9m，裂隙帶最大高度為29.0m。

根據戊8-31120采面回采實際情況，在回采過程中經常出現頂板破碎，煤層頂板周期來壓明顯，一般20～30m一次，同時根據回采后冒落帶高度最大高度及裂隙帶最大高度，采面迎面斜交穿層鉆孔參數進行了優化，每個鉆場內設計5個迎面斜交鉆孔，使用SGZ-ⅢA型鉆機施工，孔徑不低于89mm，孔深80m，采用聚胺脂封孔，終孔位置設計在頂板冒落帶以上、裂隙帶之間，鉆孔距風巷平距分別為13.6～24.1m，距煤層頂板垂距分別為16.9～20.9m，向外每20～25m設計一個鉆場。鉆孔抽放純量由原來的1.1 m?/min提高為2.6 m?/min，瓦斯抽放效果明顯。

四、采面瓦斯治理存在問題及采取措施

根據采面回采期間瓦斯治理現場分析，在瓦斯治理方案實施過程中，存在以下問題影響采面瓦斯治理效果。

（一）鉆孔施工存在問題

1.通過分析，由于受條件限制，在巷道幫開孔施工的迎面斜交鉆孔鉆孔參數方位角偏大造成有效抽放長度比鉆場內鉆孔短。

2.在巷道幫開孔鉆孔容易打住巷道幫錨桿。

3.在巷道幫開孔鉆孔容易串孔、漏氣。

4.在巷道幫開孔鉆孔容易塌孔。

（二）瓦斯管理措施落實存在問題：

1.采面上、下隅角充填墻用編織袋裝塑料泡沫充填，但編織袋內未裝碎煤，造成充填墻有縫隙，充填不嚴實。

2.拉架后充填墻未能及時充填，造成采空瓦斯向外涌出。

3.上、下隅角導擋風簾有使用長度不夠、不接頂、不使用現象，使采面有效風量降低，同時增加采空區漏風，造成采空區瓦斯向上隅角采空區運移，加大了采空區內高濃度瓦斯向上隅角逸散速度，并大量向外涌出瓦斯，造成回風流出現瓦斯高值。

提高采面瓦斯治理效果采取措施：

根據采面回采期間瓦斯治理存在問題，采取以下措施提高采面瓦斯治理效果。

1.根據分析，采空區瓦斯是治理瓦斯的重點。

2.為提高迎面斜交鉆孔抽采效果分析，一是嚴格按設計參數施工；二是通過進一步優化迎面斜交鉆孔施工參數，提高鉆孔有效抽放孔長；三是適當增加鉆場、鉆孔數量，在煤層頂板破碎段縮短迎面斜交鉆場間距。

3.加強生產期間，特別是推移支架時要加強瓦斯管理措施落實：上、下隅角必須設置充填墻，封堵墻要牢固可靠，封堵嚴密（充填袋禁止采用泡沫），對齊末組支架尾梁。上隅角必須正確吊掛導風簾，導風簾長度不小于10m，導風簾兩端長度距煤壁和巷壁不得超過1.0m，吊掛接頂接底，有效避免上隅角瓦斯積聚。下隅角必須正確吊掛擋風簾，擋風簾長度不小于10m，做到吊掛接頂、接底貼幫，減少采空區漏風，拐機巷長度不小于2m并向采面延伸三架。

通過以上措施，減少采空區瓦斯涌出，提高上隅角埋管的抽放效果，降低上隅角采空區瓦斯向外涌出。

4.采面每天堅持施工超前瓦斯釋放鉆孔，防止生產期間煤體瓦斯異常涌出造成瓦斯高值。

5.上、下隅角必須及時拆卸錨盤，確保上下隅角切頂線內采空區頂板及時垮落，減小上隅角瓦斯積聚空間。

6.加大瓦斯管理措施落實及迎面斜交鉆孔施工質量的考核力度，進一步提高上隅角插管、迎面斜交鉆孔抽放效果。

五、結束語

高位迎面斜交鉆孔在生產中的應用，證明了高位迎面斜交鉆孔是治理上隅角瓦斯的一個重要措施。高抽鉆孔不僅可以釋放煤壁瓦斯，同時還可以抽放上隅角和采空區瓦斯。為了提高抽放效果，要繼續研究高位鉆孔目的區，使鉆孔參數更加合理有效。

通過高位迎面斜交鉆孔瓦斯治理技術的實施，并根據研究的方案采取了切實可行的高位迎面斜交鉆孔參數優化，保證單孔抽放具有較高的瓦斯濃度，采面回采期間上隅角瓦斯及回風流瓦斯得到有效的控制，解決了采面回采過程中鄰近層瓦斯大量從采空區涌入工作面造成瓦斯高值、上隅角瓦斯高濃度瓦斯積聚及回風流瓦斯超限事故的發生，從而加快了工作面的回采進度，并在我礦丁6-32030采面也得到了很好的應用，實現了礦井安全、高效生產，具有良好的推廣價值及社會效益。

參考文獻

[1]《煤礦安全規程》北京：中國法制出版社.2016.

[2]礦井瓦斯抽放理論與技術》.林柏泉編著.2007年12月.

[3]國家煤礦安全監察局.防治煤與瓦斯突出規定 [M].北京：煤炭工業出版社：2009.

作者簡介：張亞楠，助理工程師，研究方向：一通三防及防突技術管理endprint