頂板高位鉆孔在10801綜采工作面瓦斯治理中的應用

厲洪衛，楊建峰

頂板高位鉆孔在10801綜采工作面瓦斯治理中的應用

厲洪衛，楊建峰

（黔西縣花溪鄉耳海煤礦，貴州 畢節 551515）

頂板高位鉆孔是進行上隅角瓦斯治理的關鍵技術措施。針對耳海煤礦頂板裂隙瓦斯治理需要，闡述了頂板高位鉆孔的技術原理和技術優勢。基于“三帶”理論綜合確定了高位定向鉆孔的層位，并優化了鉆進工藝參數。在耳海煤礦10801工作面完成9組頂板高位定向鉆孔的施工，單孔最大瓦斯純流量達到6.804 m3/min，瓦斯濃度達到78%，有效地保證了工作面的安全回采。通過闡述耳海煤礦地質概況，根據頂板高位鉆孔瓦斯抽采機理，給出了頂板高位鉆孔施工措施，分析了瓦斯抽采效果。

高位鉆孔；層位；瓦斯抽采；成孔工藝

隨著采煤工作面的不斷推進，工作面頂板巖層不斷移動破壞，在垂直方向上從下往上形成冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。根據上覆巖層移動規律和瓦斯流動規律，裂隙帶是臨近層瓦斯和冒落區瓦斯的主要聚集區，有大量的高濃度瓦斯，同時裂隙充分發育，是抽放瓦斯的最佳層位。煤層開采后，頂板巖石的裂隙及離層的分布狀態將對瓦斯的流動產生重大影響，離層裂隙既是瓦斯積聚的空間，也是瓦斯流動的通道。

高位鉆孔就是在綜采工作面回風巷頂板向煤層頂板施工的鉆孔，高位孔瓦斯抽放就是利用工作面回采采動壓力形成的離層裂隙作為通道來抽放釋放的瓦斯。在抽采負壓的作用下，瓦斯沿著裂隙流到抽采管路中，通過抽采管路直接抽至地面瓦斯發電站進氣管路中。為加強采空區瓦斯的治理力度，防止上隅角及采面回風巷瓦斯超限，自2019-01起在10801回風巷施工高位孔，每30 m施工一組，后一組和前一組疊合10 m距離，具體設計如圖1所示。

圖1 10801回風巷高位孔施工設計

1 耳海煤礦地質概況

礦井采用斜井開拓，中央并列式通風，工作面采煤方法為傾斜長壁后退式，全部垮落法管理頂板，采煤工藝為綜采。可采煤層2層，分別為C8、C10，煤層傾角2～10°，平均8°，為煤與瓦斯突出危險性礦井。C8煤層自燃傾向性為Ⅲ類（不易自燃），無煤塵爆炸性；地溫正常，無沖擊地壓；主要可采煤層頂板巖性為粉砂巖、局部為泥質粉砂巖或粉砂質泥巖，直接底板為泥巖，底、頂板穩定性中等；井田構造復雜程度為中等，礦井水文地質條件復雜程度為復雜類型。按照《煤礦防治水細則》進行水文地質類型劃分，開采C8、C10煤層時期為中等類型，按相關報告資料最大值，正常涌水量為221.3 m3/h，最大涌水量為553.4 m3/h。從礦井建設至今實際觀測值（含正常施鉆及防塵用水約25 m3/h）正常涌水量為45 m3/h左右，最大涌水量為89.5 m3/h。

根據本礦井開采煤層的賦存條件，選用C8煤層為開采保護層，被保護層為C10煤層；采用全部垮落法管理頂板。10801面初采以來，耳海煤礦主要采用采空區埋管抽采上隅角瓦斯，治理效果不甚理想。

2 頂板高位鉆孔瓦斯抽采機理

工作面回采后，頂板上覆巖層由于應力平衡破壞自下而上形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，而裂隙帶成為卸壓瓦斯運移和存儲的主要場所。

隨著工作面推進，采空區中部覆巖逐漸冒落壓實，而在采空區的四周覆巖裂隙帶內形成“O”形圈，且伴隨整個工作面回采過程而向前移動。開采C8煤層時，其上鄰近層C5煤層的卸壓瓦斯將涌向采煤工作面及采空區，因此設計采用高位鉆孔“攔截”抽采上鄰近層煤層卸壓瓦斯，該方法又稱作頂板裂隙帶抽采，是以頂板裂隙作為通道來抽采上部鄰近層及上隅角涌出的瓦斯，并使采空區氣體向工作面后方流動，以此治理工作面采空區瓦斯涌出及上隅角瓦斯超限問題。

3 頂板高位鉆孔施工

3.1 鉆孔層位的選擇

頂板高位鉆孔層位的優選是進行高效瓦斯抽采的技術關鍵，首先保證鉆孔軌跡在“O”形圈內有效延伸；具體方法為：在采煤工作面回風巷內每隔30 m施工一組高位鉆孔，孔徑94 mm，鉆孔數量5～8個，鉆孔迎著工作面推進方向向工作面頂板施工，鉆孔的終孔位置位于工作面上方約10～20 m范圍內（具體終孔位置要在考察工作面后方頂板裂隙帶高度的基礎上確定），鉆孔成扇形布置。

3.2 成孔工藝技術

高位孔施工時先用φ94 mm鉆頭施工到位，然后再換φ150 mm鉆頭擴孔（開孔直徑、終孔直徑均為150 mm）；封孔管使用φ108 mm鋼管，封5 m（兩堵一注工藝），最前端加工1.0 m篩孔（篩孔直徑10 mm，均布布置，篩孔數量不少于120個）。

3.3 高位孔連接方式

利用最近的高負壓φ325 mm變φ200 mm三通，用φ200 mm抽放軟管與高位孔集流器連接。

4 瓦斯抽采效果分析

鉆孔施工完成后，即開始連接瓦斯負壓抽放管路進行連抽。隨著10801綜采工作面的推進，各高位鉆孔瓦斯濃度與純流量都經歷了上升、穩定、下降三個時期：①上升期。煤層頂板以上采動裂隙發育程度低，采空區中部頂板覆巖首先冒落，采空區兩側的導氣裂隙帶發育滯后于采空區中部導氣裂隙帶的發育，因而先期瓦斯濃度和瓦斯純流量較低。②穩定期。隨著工作面的推進，頂板覆巖周期性冒落，受工作面采動效應影響，采空區兩側的導氣裂隙帶向上發展，頂板覆巖裂隙進一步擴展貫通，構成瓦斯運移和存儲的主要通道和場所，因而能保證高濃度、大流量瓦斯抽采效果。③下降期。當工作面推進過鉆孔孔底時，采空區冒落覆巖裂隙閉合，逐漸趨于壓實狀態，孔口負壓對卸壓瓦斯的影響減小，因而鉆孔瓦斯濃度和純流量逐步降低。

5 結論

采空區瓦斯使用高位孔抽放后，達到的效果如下：①10801面上隅角、10801面、10801面回風瓦斯在工作面生產過程中均控制在0.3%以下；②杜絕了上隅角瓦斯超限現象（包括采煤工作面周期來壓期間），保證了采煤工作面生產的連續性；③未采用高位孔抽放瓦斯之前，需開2臺低負壓泵，采用后只需開1臺低瓦斯泵，節省了電費；④高位鉆孔采用高負壓抽采后，高負壓主管濃度由10%提高至15%，高負壓管路內的瓦斯全部進入瓦斯發電站發電，提高了發電量，增加了經濟效益；⑤工作面回采期間，抽采瓦斯濃度高、流量大，上隅角瓦斯濃度保持在臨界值以下，有效保證了工作面安全回采，同時也驗證了頂板高位鉆孔在耳海煤礦瓦斯治理中的優勢。

［1］袁亮.卸壓開采抽采瓦斯理論及煤與瓦斯共采技術體系［J］.煤炭學報，2009，34（1）：1-8.

［2］李春元，張勇，李佳，等.采空區瓦斯宏觀流動通道的高位鉆孔抽采技術［J］.采礦與安全工程學報，2017，34（2）：391-397.

［3］孫榮軍，李泉新，方俊，等.采空區瓦斯抽采高位鉆孔施工技術及發展趨勢［J］.煤炭科學技術，2017（1）：94-99，213.

［4］趙建國.煤層頂板高位定向鉆孔施工技術與發展趨勢［J］.煤礦科學技術，2017，45（6）：137-141．

TD712.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.074

2095－6835（2019）14－0160－02

〔編輯：王霞〕