高位大直徑抽采鉆孔在潞安的應用

劉 晴

(潞安化工集團 通風部，山西 長治 046204)

針對工作面采空區瓦斯涌出造成工作面上隅角瓦斯超限嚴重，潞安化工集團先后采取了采空區埋管抽采、裂隙帶鉆孔抽采、高抽巷抽采等措施。采空區埋管抽采輻射范圍較小，對上隅角影響有限；裂隙帶鉆孔抽采混合流量低，抽采瓦斯純量小；高抽巷抽采效果最好、流量大，可以選擇輻射范圍，但是巷道施工工程量大、費用較高、掘進速度慢、工期較長。因此，需要找到一種成本低、效率高的抽采方法解決采空區瓦斯涌出問題。

根據2019年晉煤集團趙莊煤礦高位大直徑抽采鉆孔替代高抽巷解決采空區瓦斯涌出的成功案例，潞安化工集團需找到符合潞安礦區的高位大直徑抽采鉆孔替代高抽巷的技術工藝。

1 技術原理

“以孔代巷”瓦斯治理技術與高位裂隙長鉆孔技術相同，即利用定向千米鉆機施工高位裂隙鉆孔取代高抽巷抽采治理綜采工作面采空區瓦斯。工作面回采后，受采動影響頂板圍巖上部平衡狀態被打破，工作面頂板煤層上部受應力作用產生裂隙，繼而形成頂板裂隙帶。回采過程中，采空區圍巖及遺煤瓦斯大量解析，在空氣浮力作用下沿裂隙帶所形成的瓦斯通道上升至裂隙帶上部離層，并大量集聚于采空區上覆層的“O”形圈內,見圖1和圖2。將裂隙帶抽采孔布置在瓦斯濃度高、積聚量大的區域，利用抽采系統進行帶抽，消除上隅角、采空區瓦斯積聚，避免上隅角、回風流瓦斯超限。

圖1 采空區頂板三帶及定向高位鉆孔位置

圖2 采動裂隙“O”型圈

2 應用情況

2.1 鉆孔參數

為確保“以孔代巷”的應用效果，大直徑“以孔代巷”鉆孔施工設備采用煤礦用履帶式全液壓定向鉆機，該鉆機屬于履帶自行式、低轉速、大轉矩類型，定向鉆進技術采用孔底馬達驅動鉆頭，用隨鉆測量系統測量鉆孔軌跡實現軌跡控制。鉆孔設計結合工作面煤層柱狀圖，對鉆孔施工層位及與回風巷的水平距離等進行分析，最終形成以下方案：李村煤礦在1305工作面設計施工7個鉆孔，直徑為203 mm，層位1-7號鉆孔8.5～20.9 m，距回風巷水平距離最遠30 m，孔深550 m；高河能源公司在E2306工作面設計施工6個鉆孔，直徑為203 mm，層位1-6號鉆孔19.54～35 m，距回風巷水平距離最遠64.05 m，孔深650 m。參數見表1和表2，鉆孔布置方式見圖3和圖4。

圖4 高位裂隙鉆孔平面及剖面

圖3 高位裂隙鉆孔開孔位置設計示意

表1 李村煤礦高位大直徑抽采鉆孔設計參數

表2 高河能源公司大直徑抽采鉆孔設計參數

2.2 觀測數據

李村煤礦1305工作面2號千米鉆場于2020年10月7日并網接抽，實測鉆場平均混合氣體流量96.7 m3/min，平均瓦斯濃度7.4%，平均純瓦斯量7.31 m3/min，抽采率30%，回采期間未發生上隅角瓦斯預警事故。

高河能源公司E2306工作面1號千米鉆場于2020年11月13日并網接抽，實測鉆場平均混合氣體流量228 m3/min，平均瓦斯濃度3.83%，平均純瓦斯量8.7 m3/min，抽采率32%，回采期間未發生上隅角瓦斯預警事故。

李村煤礦2302工作面高抽巷自2020年9月12日并網接抽，實測平均混合氣體流量222.7 m3/min，平均濃度瓦斯5.7%，平均純瓦斯量12.19 m3/min，抽采率34%，工作面回采期間未發生上隅角瓦斯預警事故。

3 對比分析

3.1 時間分析

施工6個孔徑203 mm高位大直徑抽采鉆孔，總長6×650 m，需要大約100 d；而掘進650 m高抽巷，大約需要216 d。兩者比較，施工高位大直徑抽采鉆孔大大減少了施工時間。

3.2 成本分析

施工孔徑203 mm高位大直徑抽采鉆孔，成本為1 500元/m,6個鉆孔，總長6×650 m，需要585萬元；而施工高抽巷成本為10 000元/m，650 m需要650萬元。兩者比較，施工高位大直徑抽采鉆孔節約65萬元。

3.3 抽采效果分析

高位大直徑抽采鉆孔混量低、濃度高，平均瓦斯抽采純量在8 m3/min左右，高抽巷瓦斯抽采純量平均在12 m3/min左右，高抽巷的抽采效果更好。

4 結 語

根據目前高位大直徑抽采鉆孔和高抽巷的對比分析，兩者均能解決上隅角瓦斯問題，而高位大直徑抽采鉆孔的優勢使其代替高抽巷成為一種趨勢。