鉆場(chǎng)鉆孔無(wú)覆蓋“盲區(qū)”的瓦斯治理實(shí)踐

摘 要：文章介紹了以鉆場(chǎng)鉆孔為主要抽采方式的高瓦斯煤層回采工作面，在臨近鉆場(chǎng)、揭露鉆場(chǎng)、正過(guò)鉆場(chǎng)等各環(huán)節(jié)過(guò)渡期間，出現(xiàn)“鉆場(chǎng)報(bào)廢、鉆孔失效、鉆孔接力不夠”，形成無(wú)鉆孔覆蓋的“盲區(qū)盲帶”，造成回風(fēng)流、上隅角、鉆場(chǎng)瓦斯異常偏大的問(wèn)題。通過(guò)理論分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的結(jié)合，提出了“斜交高位攔截”鉆孔、鉆場(chǎng)預(yù)留埋管等瓦斯治理對(duì)策，有效地解決了工作面在鉆場(chǎng)過(guò)渡期間的瓦斯問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高瓦斯工作面；鉆場(chǎng)過(guò)渡；治理對(duì)策

1 瓦斯治理概況

岱河煤礦位于淮北煤田濉蕭礦區(qū)閘河向斜中段之西翼。井田南北長(zhǎng)5.6km，東西寬1.3～4km，面積約19.16km2，礦井內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造，煤層賦存不穩(wěn)定。礦井為高瓦斯礦井，目前延伸開(kāi)采至Ⅲ水平。可采煤層為3、4、5煤，3煤是主采煤層，埋藏深、賦存條件復(fù)雜，瓦斯含量大，回采期間多采用鉆場(chǎng)鉆孔和老塘埋管相結(jié)合的方法治理瓦斯。

該礦Ⅲ3217工作面走向長(zhǎng)750m，傾斜寬度160m，標(biāo)高-380～-420m，煤層平均厚度2.4m，傾角8°～10°。該工作面瓦斯主要來(lái)源于本煤層和鄰近層瓦斯涌出，絕對(duì)瓦斯涌出量8.42m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量5.76m3/t。工作面采用U型通風(fēng)，配風(fēng)量為800m3/min。由于工作面瓦斯涌出量較大，回采期間采用頂板走向鉆孔和老塘埋管進(jìn)行瓦斯抽采，來(lái)解決工作面瓦斯問(wèn)題。

受煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響，在Ⅲ3217風(fēng)巷煤層頂板施工6個(gè)高位鉆場(chǎng)，在每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置8個(gè)頂板走向高位鉆孔，采用“4高4低（即4個(gè)長(zhǎng)孔和4個(gè)短孔）”的布孔方式，開(kāi)孔位置布置在3煤頂板巖石中，鉆孔長(zhǎng)度100～150m，傾角8°～16°，孔徑Ф113的鉆頭開(kāi)孔鉆進(jìn)至終孔；終孔位置距工作面煤層頂板15～20m，鉆孔終孔位置控制在上風(fēng)巷向下5～35m范圍內(nèi)，鉆孔壓茬長(zhǎng)度不低于20m。對(duì)施工完畢的鉆孔采用Ф133的鉆頭自孔口向里進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔深度不小于10m。封孔時(shí)采用3寸無(wú)縫鋼管深入孔內(nèi)套管上，并使用水泥、砂漿進(jìn)行封孔。再用Ф89mm橡膠埋吸管與Φ256mm主管路連接合茬抽采。

老塘埋管即沿回采工作面風(fēng)巷的上幫敷設(shè)一趟Ф312mm的鐵皮管，抽采管路每隔一定距離設(shè)一個(gè)“三通”，在進(jìn)入老塘前，將“三通”打開(kāi)，埋入采空區(qū)，隨著工作面的推進(jìn)進(jìn)行瓦斯抽采。

2 問(wèn)題的提出及原因分析

Ⅲ3217工作面初次放頂后，瓦斯抽采效果較好，鉆孔抽采濃度4.0～10%，純瓦斯流量2.5～3.4m3/min，老塘埋管濃度4.0%，純瓦斯流量2.0～3.0m3/min，工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.2%以下，上隅角瓦斯?jié)舛?.30%左右。但工作面推進(jìn)距鉆場(chǎng)10m時(shí)，鉆孔抽采濃度2.0～5.4%，瓦斯純流量2.0～3.5m3/min，抽放濃度、抽放量逐漸降低，上隅角瓦斯處于臨界狀態(tài)；在接近鉆場(chǎng)至揭露鉆場(chǎng)期間，鉆孔抽采純流量1.0～2.0m3/min，基本不起作用。而下一個(gè)鉆場(chǎng)的接力長(zhǎng)鉆孔（壓茬20m）作用不大或不起作用，鉆孔瓦斯?jié)舛?.6～4.4%，瓦斯純流量1.5～2.0m3/min，接力孔抽采效果不佳。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察、分析抽采參數(shù)，在鉆場(chǎng)過(guò)渡期間，下一個(gè)鉆場(chǎng)抽采有效前，上一鉆場(chǎng)已拆除，只靠老塘埋管抽采瓦斯，作用范圍小、抽采能力有限，造成鉆場(chǎng)鉆孔周圍20m范圍內(nèi)出現(xiàn)抽采“空白盲區(qū)”。工作面距鉆場(chǎng)底板較近，受采動(dòng)壓力的影響易鉆場(chǎng)頂板及周圍裂隙發(fā)育，鉆孔壓裂塌孔，漏氣嚴(yán)重，接力孔達(dá)不到接力的目的。而且工作面與上部鉆場(chǎng)溝通，在鉆場(chǎng)上方形成一個(gè)“瓦斯富集區(qū)”，鉆場(chǎng)垮落造成瓦斯瞬間涌出，上隅角瓦斯積聚，回風(fēng)瓦斯0.6%左右，嚴(yán)重影響工作面的安全生產(chǎn)。如何解決鉆場(chǎng)過(guò)渡期間無(wú)鉆孔覆蓋的“空白盲區(qū)”瓦斯治理是迫在眉睫的問(wèn)題。

3 采取的治理對(duì)策

高位鉆場(chǎng)掘進(jìn)期間，頂板的原始應(yīng)力狀態(tài)遭到破壞，產(chǎn)生了大量的微裂隙、裂隙，受工作面回采超前應(yīng)力的影響裂隙逐漸增大，甚至產(chǎn)生了離層，給瓦斯的積聚提供了空間。鉆場(chǎng)內(nèi)頂板走向鉆孔一般布置比較密集，即便封孔質(zhì)量再高，也無(wú)法避免孔與圍巖、孔與孔之間的相互影響。在抽采負(fù)壓的作用下，鉆孔圍巖中形成了一個(gè)負(fù)壓區(qū)，與抽采負(fù)壓基本平衡。大部分采空區(qū)瓦斯通過(guò)抽采孔進(jìn)入抽采系統(tǒng)，但一部分采空區(qū)瓦斯充填到了鉆孔圍巖裂隙中或直接吸附在圍巖上，隨著工作面的推進(jìn)瓦斯補(bǔ)給源源不斷，鉆場(chǎng)影響區(qū)域的頂板巖石如同海綿體狀，吸收大量的瓦斯，而且鉆孔圍巖內(nèi)的瓦斯流向與孔內(nèi)瓦斯流向一致，最終在鉆場(chǎng)上方形成一個(gè)“瓦斯富集區(qū)”，所以解決“瓦斯富集區(qū)”的瓦斯問(wèn)題是根本所在。

3.1 斜交高位攔截鉆孔

當(dāng)工作面推至高位鉆場(chǎng)后，鉆場(chǎng)圍巖裂隙發(fā)育，頂板巖石失去支撐，受力平衡嚴(yán)重破壞，受采動(dòng)影響及自身重量雙重作用，到一定程度后瞬間大面積垮落，將“富集區(qū)”內(nèi)的大量高濃度瓦斯壓入鉆場(chǎng)，繼而進(jìn)入工作面回風(fēng)流中，引起瓦斯超限。在分析了“富集區(qū)”瓦斯的特點(diǎn)及瓦斯超限的原因后，我們提出了“斜交高位攔截鉆孔”的方案來(lái)解決“富集區(qū)”的高濃度瓦斯。

在距離前一個(gè)鉆場(chǎng)20m位置的支護(hù)完好的巷道內(nèi)，采用拉棚、挑頂、打錨桿、噴漿等措施，確保開(kāi)孔位置圍巖完好。然后施工孔徑Ф113的鉆孔3個(gè)，傾角40°～50°，長(zhǎng)度40～50m，終孔位置距煤層頂板30m左右，鉆孔終孔位置控制在上風(fēng)巷向下8～15m范圍內(nèi)，鉆孔長(zhǎng)度在水平投影上超過(guò)前一個(gè)鉆場(chǎng)10m，然后合茬抽采。在抽采泵負(fù)壓的作用下，鉆場(chǎng)頂部積聚的瓦斯可沿鉆孔壁上行至孔口，通過(guò)攔截鉆孔抽出，減少了鉆場(chǎng)空間的瓦斯量。（如圖1所示）

過(guò)鉆場(chǎng)期間每推進(jìn)2m對(duì)攔截鉆孔引管抽采濃度進(jìn)行比對(duì)考察，數(shù)據(jù)表明在工作面推進(jìn)至鉆場(chǎng)6m至揭露鉆場(chǎng)，斜交高位攔截孔抽采濃度上升明顯加快，最大達(dá)到9.2%，說(shuō)明此時(shí)鉆場(chǎng)鉆孔受壓影響基本不發(fā)揮作用，下一個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔達(dá)不到接力的目的，斜交高位攔截鉆孔很好地處理了過(guò)渡期間的瓦斯問(wèn)題；在揭露鉆場(chǎng)至過(guò)鉆場(chǎng)后濃度基本變化不大，當(dāng)采過(guò)鉆場(chǎng)4m時(shí)，斜交高位攔截孔抽采濃度呈下降趨勢(shì)，變化不大，回風(fēng)瓦斯?jié)舛认陆担藭r(shí)下一個(gè)鉆場(chǎng)的長(zhǎng)接力鉆孔開(kāi)始發(fā)揮作用，兩處鉆孔“雙管齊下”發(fā)揮作用，抽采效果更加明顯。但在工作面推進(jìn)至斜交高位攔截鉆孔位置6m時(shí)，由于頂板來(lái)壓，鉆孔漏氣嚴(yán)重，抽采濃度急劇下降，基本處于報(bào)廢，完成了過(guò)渡期間的使命。斜交高位攔截鉆孔在鉆場(chǎng)過(guò)渡期間起到了 “承上啟下”的接力作用，是頂板走向鉆孔的有益補(bǔ)充。（如圖2所示）

3.2 鉆場(chǎng)預(yù)留抽采軟管

工作面在過(guò)鉆場(chǎng)期間，在鉆場(chǎng)替棚、充填之前，將原抽鉆孔一趟的抽采管路上的“8通”中留“5通”甩到抽老塘一趟的管路上，“2通”合茬到鉆場(chǎng)，“3通”合茬到斜交高位攔截鉆孔。預(yù)留3根埋吸管從鉆孔甩掉敷設(shè)在鉆場(chǎng)頂部?jī)啥耍芸谟眉?xì)鋼絲網(wǎng)扎進(jìn)懸空吊掛，防止堵塞孔口。利用抽采系統(tǒng)與鉆場(chǎng)抽采管路合茬抽采，很好地處理了過(guò)鉆場(chǎng)期間的瓦斯超限問(wèn)題。（如圖3所示）

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)回采工作面在臨近鉆場(chǎng)、揭露鉆場(chǎng)、正過(guò)鉆場(chǎng)等各環(huán)節(jié)瓦斯異常偏大的原因綜合研究，分析了鉆場(chǎng)過(guò)渡期間瓦斯“富集區(qū)”的機(jī)理，出現(xiàn)鉆孔無(wú)覆蓋“空白盲區(qū)”的原因。通過(guò)采取 “斜交高位攔截”鉆孔、鉆場(chǎng)預(yù)留埋管等有效的瓦斯治理對(duì)策，掩護(hù)鉆場(chǎng)過(guò)渡期間的順利推采，起到了較好的“承上啟下”接力作用。

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作者簡(jiǎn)介：王二戰(zhàn)（1976，10-），男，漢族，安徽省泗縣人，助理工程師，畢業(yè)于安徽理工大學(xué)通風(fēng)與安全專業(yè)，現(xiàn)任安徽省淮北市岱河礦業(yè)有限責(zé)任公司通風(fēng)區(qū)主管技術(shù)員。