賀西煤礦2317 工作面瓦斯治理以孔代巷技術研究

2021-06-05 07:02:30林艷東

山東煤炭科技 2021年5期

林艷東

（汾西礦業(yè)賀西煤礦，山西柳林 033000）

1 引言

賀西煤礦主采3#、4#煤層，工作面開采采用“U”型通風方式，上隅角風流中瓦斯?jié)舛容^高，安全風險較大。為此，賀西煤礦先后施工了多條高抽巷，通過高抽巷抽放裂隙帶瓦斯，從而解決回采工作面回采時采空區(qū)及上隅角瓦斯，確保了工作面安全回采。但高抽巷工程量大，施工周期長，成本費用高，采掘接替緊張。

為此，賀西煤礦引進了大功率定向鉆機ZYWL-13000DS，在2317 工作面通過施工大孔徑、長距離走向高位定向裂隙帶鉆孔進行采空區(qū)瓦斯抽采，通過對裂隙帶鉆孔參數(shù)綜合研究，最終確定了適合于賀西煤礦的高位裂隙帶鉆孔參數(shù)，形成適用于賀西煤礦治理采空區(qū)瓦斯技術體系，有效降低了礦井瓦斯治理成本，實現(xiàn)“以孔代巷”，既保證了工作面安全回采，同時實現(xiàn)了節(jié)約增效，對實現(xiàn)采空區(qū)和采動卸壓瓦斯高效抽采和保證回采工作面安全生產(chǎn)具有十分重要的意義[1-3]。

2 高位定向裂隙帶鉆孔設計

2.1 工作面概況

2317 工作面走向長1250 m，傾向長214 m，煤層平均厚度1.9 m，容重1.39 t/m3。工作面原始瓦斯含量為5.07 m3/t，原始瓦斯壓力最大為0.19 MPa。工作面采用綜合機械化采煤工藝，采煤方法采用走向長壁后退式，采用全部垮落法處理采空區(qū)頂板。工作面回采前，在2317 材巷、運巷施工了本煤層鉆孔，對2317 工作面進行提前預抽。工作面回采期間繼續(xù)采用本煤層抽采，同時施工大孔徑高位裂隙帶鉆孔治理采空區(qū)瓦斯。

2.2 高位裂隙帶鉆孔設計

2317 工作面平均采高為1.9 m，根據(jù)該礦實際情況及《煤層瓦斯參數(shù)測定、本煤層和裂隙帶瓦斯抽放工藝的優(yōu)化課題研究報告》中確定裂隙帶高度為采高的8～12 倍，即15.2～22.8 m，結合賀西煤礦高抽巷抽采效果分析，將本工作面裂隙帶鉆孔層高定為8～12 m，即：8 m、10 m、12 m。

2317 工作面裂隙鉆孔施工采用ZYW-13000DS型鉆機。鉆孔分別以10°、12°、15°開口，向頂板施工100 m 后進入裂隙帶層位，然后再沿設計層位繼續(xù)鉆進，終孔位置控制在前方鉆場上部，確保終孔位置在同一層位的相鄰鉆場內(nèi)鉆孔能夠壓茬。鉆場的5 個鉆孔終孔層位距煤層頂板8～12 m 間，其中1#、2#鉆孔終孔高度距煤層頂板8 m，3#、4#鉆孔終孔高度距煤層頂板10 m，5#鉆孔終孔高度距煤層頂板12 m。2317 工作面裂隙鉆孔設計參數(shù)見表1，設計圖如圖1。

表1 2317 工作面裂隙帶鉆場鉆孔設計參數(shù)表

圖1 2317 工作面裂隙帶鉆孔設計圖

3 高位裂隙帶鉆孔施工

3.1 鉆場鉆孔施工

在2317 工作面回采前，按照鉆孔設計參數(shù)施工首個裂隙帶鉆場鉆孔，鉆孔沿設計層位繼續(xù)鉆進，終孔位置控制在前方鉆場上部。2317 工作面1#裂隙帶鉆場軌跡圖如圖2。

3.2 首個鉆場抽采情況

2317 工作面推進16 m 時，1#鉆場從4 月17 日開始投入使用，截至7 月7 日推進355 m，2#鉆場投入使用，7 月9 日1#鉆場拆除。每日對抽采支管及單孔抽采情況進行觀測、統(tǒng)計。抽采支管路平均抽采混量為41.78 m3/min，抽采濃度為2.58%，累計抽采量83 109.84 m3。2317 工作面1#鉆場抽采混量濃度變化圖如圖3。

圖2 2317 工作面1#裂隙帶鉆場軌跡圖

圖3 2317 工作面1#鉆場抽采量變化圖

由抽采圖表分析，4 月27 日支管路抽采混量由20 m3/min 升至40 m3/min，并保持穩(wěn)定，表示工作面推進47 m 時，鉆場內(nèi)鉆孔均進入裂隙帶層位，鉆孔流量增大。根據(jù)1#鉆場抽采情況，優(yōu)化并施工2#、3#裂隙帶鉆場鉆孔。

4 高位裂隙帶鉆孔效果考察

通過綜合分析1#鉆場鉆孔抽采參數(shù)，得出裂隙帶鉆孔垂距（上下偏差）在14～15 m，平距（左右偏差）在5～8 m 范圍，抽采混量大，抽采濃度較高。

通過綜合分析2#鉆場鉆孔可知，鉆孔控制層位在5～18 m 之間，且工作面推進至距鉆場230～420 m范圍內(nèi)時，鉆場抽采量可維持在一個較高的水平；工作面推進至距鉆場230～150 m 處時，鉆孔抽采量有所下降，但相對仍然較高；工作面推進進入距鉆場150 m 以內(nèi)時，抽采量則明顯下降。

2#鉆場的1#鉆孔均處于2317 材巷左側，其余各孔均分布在工作面實體煤上方。通過對兩個鉆場1#鉆孔抽采濃度的觀察可知，其單孔流量大，抽采濃度約在5%～10%之間，而且隨著工作面的推進，其單孔濃度也在逐步下降，可見其受層位上下偏差影響較為明顯。2317 工作面2#鉆場軌跡及抽采效果綜合分析圖如圖4。

圖4 2317 工作面2#鉆場軌跡及抽采效果綜合分析圖

通過對3#鉆場鉆孔軌跡的分析可知，層位分布較廣，從最近的9 m 到最遠的35 m，其中4#孔層位最近約在頂板上方9～15 m 之間，抽采濃度最高，為17%左右；補1#孔次之，層位略高于補1#孔，在頂板上方14～20 m，單孔流量最大。2317 工作面3#鉆場軌跡及抽采效果綜合分析圖如圖5。

圖5 2317 工作面3#鉆場軌跡及抽采效果綜合分析圖

通過對上一個鉆場抽采參數(shù)分析研究，不斷優(yōu)化鉆孔軌跡，確保抽采效果進一步提升。裂隙帶鉆場抽采混量、濃度進一步提升，累計抽采量由1#鉆場的83 109.84 m3提升至3#鉆場的227 768.99 m3。2317 工作面裂隙帶鉆場抽采情況對比表見表2。

回采期間2317 工作面風量為800～900 m3/min，對2317 工作面的抽采情況、回風流瓦斯情況和上隅角瓦斯情況進行了觀測。高位裂隙帶鉆孔負壓調(diào)整在35 kPa 左右，平均抽采混量為48.20 m3/min，抽采純量為1.72 m3/min。2317 工作面回采期間上隅角瓦斯?jié)舛绕骄鶠?.45%，最高0.6%，回風流瓦斯?jié)舛绕骄鶠?.35%，最高0.48%。工作面瓦斯抽采率達到56%，工作面實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。