高瓦斯礦井工作面瓦斯綜合抽采技術分析

2020-01-17 06:47:32趙萌萌

煤礦現代化 2020年1期

趙萌萌

（長治市煤礦安全技術培訓中心，山西長治 046000）

1 前言

瓦斯是煤礦五大災害之一，但也是一種清潔能源，加以有效利用不僅不會產生災害，而且對我國能源安全起著至關重要的作用，預抽煤層瓦斯是防治煤礦瓦斯災害的根本措施，保證煤礦工作面安全開采的重要手段。一般來說，礦井瓦斯涌出量中有30%來自于采空區瓦斯涌出，對于高瓦斯礦井而言，采空區瓦斯涌出量則會占全礦井瓦斯涌出量的40%以上，采空區瓦斯的治理和抽放需要更加重視。而對于煤體堅硬裂隙不貫通，或者煤體透氣性差的煤層，煤層瓦斯預抽效果不理想，瓦斯抽放困難，需要采取有效的煤層增透技術措施[1-2]。因此，本文分析了高瓦斯工作面煤層瓦斯綜合抽采技術，可為同類礦井提供參考。

2 水力壓裂增透技術

2.1 水力壓裂技術原理

水力壓裂技術[3-6]是煤礦瓦斯治理中常用的技術方法，通過對鉆孔在煤層中注入高壓水，既可以使煤體中的原生裂隙張開擴展，又可以增加煤體的裂隙，并可以使裂隙相互貫通，形成一個相互交織的裂隙網絡，從而在煤層中形成互相聯通的瓦斯排放通道，使煤層的滲透率增加，可以使部分處于吸附狀態的瓦斯解析為自由狀態，自由狀態的瓦斯則可通過裂隙向外排出，增加本煤層瓦斯的抽采效果，降低工作面煤層瓦斯含量，保障工作面安全回采。

2.2 水力壓裂參數

水力壓裂參數是煤層水力壓裂效果的決定性因素，在確定水力壓裂參數時應調查工作面煤體強度、地應力大小、側壓系數等基本地質參數，根據工作面的圍巖地質力學參數確定水力壓裂的注水壓力和注水時間，以及滲透半徑，從而確定水力壓裂鉆孔的間距。

通過理論計算機實驗分析沁水煤田長治礦區3#煤圍巖地質力學參數，水力壓裂增透鉆孔間距初步確定為6m，瓦斯抽放鉆孔間距為3m，即每兩個抽放鉆孔中有一個鉆孔進行水力壓裂。為達到理想的抽放效果，需進行水力壓裂的鉆孔施工深度一般不少于工作面長度的70m，抽放鉆孔深度一般不少于50m，具體需結合工作面參數進行確定，面長的工作面壓裂鉆孔和抽放鉆孔的深度均應適當加深。為保證鉆孔對工作面內煤層的覆蓋效果和封孔效果以及防止可能出現的卡鉆鉆孔情況，壓裂和抽放鉆孔開孔高度不小于1.5m，角度不小于1°，孔徑選取75mm，對于煤層較厚的工作面，應適當提高鉆孔開孔高度。煤層水力壓裂采用全長一次壓裂，壓裂鉆孔封孔深度為15～25m，水力壓裂僅對鉆孔封孔長度以里進行壓裂。

3 本煤層瓦斯抽采技術

在工作面兩順槽布置本煤層瓦斯抽放鉆孔，隨著工作面的推進，提前對工作面前方煤體瓦斯進行預抽，可有效降低工作面的瓦斯含量，使得工作面回采時處于低瓦斯區域，從而保證工作面的回采安全。

結合前述水力壓裂鉆孔布置方案，工作面本煤層瓦斯抽放鉆孔分為抽放鉆孔和壓裂抽放一體鉆孔，抽放鉆孔布置在上排，壓裂抽放鉆孔布置在下排，上下兩排呈“三花”布置。上排鉆孔間距6m，開孔高度不小于2m,下排鉆孔間距6m，開孔高度不小于1.5m，鉆孔仰角均不小于1°，鉆孔具體參數需結合工作面煤層厚度、傾角等參數確定。鉆孔布置參數如圖1所示。

圖1 工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔布置圖

4 采空區瓦斯抽采技術

工作面開采會造成頂板上覆巖層移動，形成大范圍的離層裂隙帶，由于瓦斯氣體密度小，瓦斯氣體會通過工作面頂板上部裂隙大量積聚在工作面后方采空區頂板裂隙帶，采空區瓦斯的大量積聚會流入工作面，造成工作面瓦斯超限，在加強工作面本煤層超前預抽瓦斯的同時，還需注重采空區洼地的治理。

4.1 高、中位鉆孔抽采

在工作面順槽保護煤柱外側布置瓦斯抽放鉆場，在鉆場內采用千米鉆機提前向工作面采空區裂隙帶施工高位鉆孔。

1）高位不少于3個，鉆孔深度300m，鉆孔終孔位置在工作面順槽以里40m、60m和80m三個位置，位于裂隙帶上部，距離煤層頂板6～8倍采高，具體位置參數需結合工作面參數和頂板裂隙帶高度確定。見圖2所示。

2）中位鉆孔不少于6個，鉆孔深度260m，鉆孔終孔位置在工作面順槽以里 35m、45m、55m、65m、75m和85m六個位置，位于裂隙帶下部，距離煤層頂板約3倍采高，具體位置參數需結合工作面參數和頂板裂隙帶高度確定。

圖2 工作面采空區高、中位抽放鉆孔布置圖

4.2 穿透鉆孔抽采

在工作面順槽保護煤柱外側兩個橫穿中間施工穿透鉆孔，鉆孔間距5～10m之間，鉆孔開孔高度不小于1m，鉆孔終孔位置在保護煤柱內側巷道頂板0.5m處，鉆孔貫穿煤柱。在鉆孔孔口下套管進行封孔，安裝測點和控制閥門后連接至瓦斯抽放鉆孔的主管路上，工作面前方穿透鉆孔閥門處于關閉狀態，在工作面回采支架尾梁推過穿透鉆孔時開啟閥門投入運行，根據鉆孔抽放瓦斯純度進行調控閥門。鉆孔布置見圖3所示。