高位鉆孔抽放技術(shù)在高瓦斯回采工作面中的應(yīng)用

杜敬彬

摘 要：本文以高瓦斯回采工作面為研究對(duì)象，對(duì)高位鉆孔抽放技術(shù)在回采工作面的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以提高煤礦行業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的安全性。

關(guān)鍵詞：高位鉆孔;抽放技術(shù);高瓦斯;應(yīng)用

0 引言

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)煤礦向高強(qiáng)度、集約化方向發(fā)展及開(kāi)采深度的增加，工作面回采后形成的采空區(qū)面積逐步增大，瓦斯涌出也相應(yīng)增加，尤其是采空區(qū)上隅角的瓦斯治理越來(lái)越困難，影響著煤礦的安全生產(chǎn)，采用高位鉆孔抽放技術(shù)能夠有效解決這一問(wèn)題。

1 礦井概況及瓦斯超限原因與解決思路

1.1 礦井概況

M煤礦屬于國(guó)有礦井，年產(chǎn)量非常高，達(dá)到了120萬(wàn)t。該煤礦曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)很多次瓦斯事故。現(xiàn)在進(jìn)行回采的11#煤層工作面長(zhǎng)度是180m，主要采用的是走向長(zhǎng)臂后退式開(kāi)采方式，11#煤層厚度約3m左右，工作面采高約2m左右。頂板的大致?tīng)顩r是：偽頂是粉砂巖，成深灰色，厚度在0.4m左右。工作面在回采時(shí)，瓦斯大量涌現(xiàn)，上隅角瓦斯超限[1]。

1.2 瓦斯超限原因與解決思路

一直以來(lái)，M煤礦的生產(chǎn)質(zhì)量和效率都很好，在實(shí)施區(qū)域防突任務(wù)中，加大了對(duì)保護(hù)層煤層的開(kāi)采，回采中上隅角瓦斯超限問(wèn)題十分突出，一方面是開(kāi)采區(qū)中暴露的煤在頂板的垮落下，其中存在的瓦斯被快速解吸，釋放;另外一方面，在煤層采動(dòng)時(shí)，瓦斯通道打開(kāi)，處在吸附狀態(tài)的瓦斯被解吸，同處在游離狀態(tài)的瓦斯共同涌入工作面。此外，在工作面配風(fēng)量的持續(xù)上升下，采空區(qū)漏風(fēng)帶寬度也會(huì)隨之增加，采面瓦斯量也會(huì)增加。而在工作面的不斷推進(jìn)下，頂板會(huì)破損垮落，這增加了上隅角瓦斯超限管理的難度，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)了很大的影響。

依據(jù)瓦斯超限一般集中于上隅角這一特征，如果在頂板裂隙帶開(kāi)始進(jìn)行高位鉆孔施工并讓其和瓦斯抽放管相連，構(gòu)成瓦斯抽放系統(tǒng)，受到瓦斯抽放泵負(fù)壓的影響，瓦斯會(huì)順著裂隙用到抽放鉆孔中，被抽放到地面，排到大氣或進(jìn)行利用，以減少工作面瓦斯涌現(xiàn)量，保證礦井安全作業(yè)，通過(guò)有關(guān)實(shí)踐表明，該種方式是具有可行性的。

2 高位鉆孔抽放原理

當(dāng)開(kāi)采煤層之后，附近巖層會(huì)因采動(dòng)出現(xiàn)位移，這時(shí)地應(yīng)力不得不重新進(jìn)行分布。高位鉆孔是對(duì)垂直方向或水平方向裂隙帶中及一些離層區(qū)的大量瓦斯進(jìn)行抽取。受到采動(dòng)的影響，工作面煤壁會(huì)遭受到一定程度的破壞，出現(xiàn)垂向裂隙，煤層中原有的瓦斯壓力會(huì)逐漸變小，吸附瓦斯被解析成游離瓦斯，而這些瓦斯會(huì)經(jīng)過(guò)煤壁或者是頂板縫隙進(jìn)入到抽放鉆孔，采面往前移動(dòng)，該動(dòng)態(tài)概念，在煤層卸壓、瓦斯流動(dòng)等方面有著很重要的作用。所以，經(jīng)過(guò)高位鉆孔，既能夠?qū)⑼咚褂砍鐾ǖ狼袛啵€能夠讓采空區(qū)下層瓦斯的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，從而減少了瓦斯的涌現(xiàn)量。

3 高位鉆孔抽放參數(shù)確定及設(shè)計(jì)

3.1 鉆孔抽放參數(shù)確定

3.1.1 確定鉆場(chǎng)層位、鉆孔落點(diǎn)位置

結(jié)合巖層的損壞程度和位移情況，當(dāng)工作面往前開(kāi)始移動(dòng)式，位于工作面后的采空區(qū)的覆巖層會(huì)慢慢變成懸臂梁，在巖石應(yīng)力的影響下，附近巖層、開(kāi)采層間會(huì)構(gòu)成冒落帶、彎曲下沉帶、裂隙帶等等。通常情況下，冒落帶高度是采高的5倍作用，如果將高位鉆孔的位置選在冒落帶，在工作面開(kāi)始慢慢推進(jìn)時(shí)，處在開(kāi)采層附近的煤層，會(huì)因冒落帶的冒落而發(fā)生冒落，瓦斯會(huì)徹底在采空去釋放，但在回采風(fēng)量的影響下，瓦斯?jié)舛鹊姆€(wěn)定性不好，無(wú)法有效完成抽放。如果將高位鉆孔的位置選在彎曲下沉帶，不能破壞巖層的完整性，而裂隙將連通性不高，無(wú)法抽取大量瓦斯。所以，應(yīng)該將高位鉆孔位置選在裂隙帶，該帶可以徹底卸壓，瓦斯被全部解析，瓦斯?jié)舛却螅浅榉磐咚棺罾硐氲膮^(qū)域。另外，要確定鉆孔落點(diǎn)位置時(shí)，冒落帶上部是最好的區(qū)域。

3.1.2 鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)時(shí)需要遵循以下原則：一是抽放鉆孔終端要設(shè)計(jì)好，需要進(jìn)到附近層卸壓范圍的中下部;二是為了防止鉆孔中涌入大量空氣，開(kāi)在設(shè)計(jì)開(kāi)孔端時(shí)需要設(shè)計(jì)在不會(huì)被采動(dòng)影響的煤巖中，且鉆孔不可以穿入冒落帶;三是鉆孔抽放短不能被頂板冒落影響，出現(xiàn)中斷的問(wèn)題。

3.2 鉆孔抽放參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2.1 確定鉆孔標(biāo)高

通過(guò)有關(guān)實(shí)踐分析，可以將M煤礦鉆孔高度確定下來(lái)，控制在8-5m左右，裂隙帶高度一般是采高的7-12倍左右。一般瓦斯在工作面之上的15-25m左右。鉆孔終孔和煤層頂板的距離不能超過(guò)15m，一旦超過(guò)在冒落帶抽取的瓦斯量就會(huì)變得很少。

3.2.2 確定終孔間距、孔深

結(jié)合某煤礦抽放的具體效果看，終孔間距需要控制在5m左右，這樣，就能夠達(dá)到最佳的抽放效果。因?yàn)樯衔闹袑?duì)采空點(diǎn)高度等數(shù)值進(jìn)行了確定，經(jīng)過(guò)對(duì)三角形正切值的計(jì)算，就能夠?qū)@孔的傾角確定下來(lái)約18°。鉆孔深度的確定要考慮鉆機(jī)性能，鉆機(jī)性能強(qiáng)，鉆孔速度就快，傾角變大，深度隨之減少。

3.2.3 布置鉆孔

一是布置平面。為了達(dá)到最理想的治理效果，在進(jìn)行平面布置時(shí)，我們?cè)阢@場(chǎng)區(qū)域設(shè)計(jì)了13個(gè)抽放鉆孔，鉆孔都是分兩排進(jìn)行設(shè)置的，每排鉆孔間距控制在0.5m左右，終孔點(diǎn)設(shè)置在巷道輪廓線內(nèi)。二是布置剖面。出于對(duì)鉆機(jī)施工便利等方面因素的考慮，鉆場(chǎng)中第一二排鉆孔開(kāi)孔位置與巷道底板相距1.2m、1.8m左右，具體如圖1所示。

4 高位鉆孔抽放技術(shù)在高瓦斯回采工作面中的抽放效果分析

4.1 上隅角瓦斯?jié)舛茸兓癄顩r分析

因?yàn)樵谡麄€(gè)采區(qū)中工作面是漏風(fēng)區(qū)，采空區(qū)瓦斯大部分都是從該面的隅角流出的，并且他的風(fēng)流一般都是處在渦流狀態(tài)，速度慢，主風(fēng)流無(wú)法全部排出聚集在此的瓦斯，所以，上隅角瓦斯?jié)舛缺裙ぷ髅鎰e的地方要高很多，瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)很高。在未進(jìn)行高位鉆孔抽放前，上隅角中出現(xiàn)了多次瓦斯超限，而經(jīng)過(guò)高位鉆孔連抽之后，瓦斯零超限。

4.2 抽放鉆孔瓦斯?jié)舛?/p>

從開(kāi)始進(jìn)行鉆孔到第一個(gè)鉆孔連抽任務(wù)開(kāi)始時(shí)，每天都要派專人去測(cè)試各鉆孔瓦斯?jié)舛取＝Y(jié)合具體測(cè)試數(shù)據(jù)制作鉆孔層位、抽放濃度、流量間的關(guān)系圖，如圖2所示。由圖能夠了解到當(dāng)抽放瓦斯?jié)舛燃s55%時(shí)，抽放的平均瓦斯流量約2.5m3/min。在回采的半年時(shí)間內(nèi)，上隅角瓦斯超限問(wèn)題基本沒(méi)有出現(xiàn)，工作面可以安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

5 結(jié)論

針對(duì)M煤層瓦斯抽放情況的分析，可以得到如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①在回采工作面瓦斯治理工作中使用高位鉆孔抽放技術(shù)效果很好，大大提升了瓦斯抽放的效率，降低了瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)，使工作面作業(yè)環(huán)境更加安全、穩(wěn)定;②為了讓工作面過(guò)鉆場(chǎng)不對(duì)抽放效果造成影響，鉆孔層位需要依據(jù)頂板巖性、布置區(qū)域、開(kāi)采特點(diǎn)、周圍開(kāi)采層間距等各方面狀況進(jìn)行確定，尤其是要控制好終孔點(diǎn)距離，這樣，才能達(dá)到最理想的抽放效果;③在完成周圍層瓦斯抽放任務(wù)后，安全生產(chǎn)情況得到了一定程度改善，在同一時(shí)間內(nèi)工作面的推進(jìn)，速度也隨之提升，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛却蟠蠼档汀Ｋ裕褂没仫L(fēng)巷鉆場(chǎng)施工高位鉆孔抽放工作面采空區(qū)瓦斯，可以使工作面上隅角瓦斯超限問(wèn)題得到有效解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛慶彬，丁順明.關(guān)于高瓦斯綜采工作面定向高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)與應(yīng)用，2017，12 （12）：2128-2130.