唐口煤礦6305工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)的應(yīng)用

王堅(jiān)志 韓耀中 劉 浩

（1.山東唐口煤業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272055；2.山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東 青島 266590）

瓦斯抽采是防止瓦斯災(zāi)害的根本方法，現(xiàn)階段高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)作為治理工作面采空區(qū)瓦斯的重要技術(shù)措施，在瓦斯礦井得到了廣泛應(yīng)用。高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)應(yīng)用效果如何，很大程度是取決于其技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)是否合理。

1 6305工作面基本情況

唐口礦井位于山東省濟(jì)寧市西郊，礦井2001年10月開(kāi)工建設(shè)，2006年1月投入生產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力500萬(wàn)t。中央并列式通風(fēng)，通風(fēng)方式為抽出式。經(jīng)煤科總院沈陽(yáng)研究院鑒定目前開(kāi)采的3煤煤塵具有爆炸性；煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類(lèi)，自然發(fā)火期為69～159d。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的瓦斯含量，本礦井瓦斯最高含量為1.789cm3/g燃，CO2最高含量為0.235m3/g燃。目前礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為10.6m3/min，二氧化碳絕對(duì)涌出量為6.055m3/min，屬低瓦斯礦井。

6305工作面是630采區(qū)的首采放頂煤工作面，工作面北臨630回風(fēng)大巷，東、西部為未開(kāi)拓的實(shí)炭區(qū)，南部為與新河煤礦的保護(hù)煤柱。工作面開(kāi)采的3煤層平均厚度為10.08m。目前6305工作面采用皮順高位鉆孔及隅角埋管抽放瓦斯措施對(duì)采空區(qū)瓦斯災(zāi)害進(jìn)行治理。

2 6305工作面瓦斯情況

2.1 6305工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

經(jīng)計(jì)算，得出6305工作面開(kāi)采層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果，如表1所示。

表1 6305綜放工作面開(kāi)采層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果

2.2 6305工作面瓦斯抽采必要性分析

當(dāng)回采工作面的瓦斯涌出量高于通風(fēng)能力所允許的瓦斯涌出量，單靠通風(fēng)稀釋無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量時(shí)，瓦斯抽采就是必要的。經(jīng)計(jì)算后確定的唐口煤礦6305綜放工作面抽采瓦斯必要性結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 回采工作面瓦斯抽采必要性判別

從表2可以看出，如果不采取抽采瓦斯措施，6305綜放工作面達(dá)不到設(shè)計(jì)的產(chǎn)量。因此，在該工作面開(kāi)展瓦斯抽采是必要的。從對(duì)我國(guó)采用綜采放頂煤采煤方法礦井的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，綜放工作面上隅角附近瓦斯的治理往往是瓦斯治理工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對(duì)于6305綜放工作面來(lái)說(shuō)也是如此。對(duì)比各種抽采方法，高位鉆孔具有治理效果好、施工方便、效率高、效益明顯的特點(diǎn)。因此，從安全、經(jīng)濟(jì)的角度考慮，在唐口煤礦6305工作面施工了高位鉆孔對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。

3 6305工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)

3.1 高位鉆孔瓦斯抽采作用原理

采空區(qū)瓦斯運(yùn)移的動(dòng)力有兩種：一是由于瓦斯的密度相對(duì)空氣的密度小，從而使得瓦斯有向采空區(qū)上方運(yùn)移的動(dòng)力；二是由于進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷存在著壓力差，使得瓦斯有向回風(fēng)隅角匯集的動(dòng)力，因此在靠近回風(fēng)巷一側(cè)的采空區(qū)上方裂隙帶是瓦斯富集的場(chǎng)所[1]。利用采空區(qū)形成的“O”型圈[2]，從回風(fēng)順槽沿煤層走向在煤層頂板向采空區(qū)上方施工巷道或鉆孔，抽放采空區(qū)頂板裂隙或冒落空間內(nèi)積存的高濃度瓦斯，通過(guò)巷道或鉆孔抽放，能夠切斷上鄰近層瓦斯涌向工作面的通道，改變采空區(qū)流場(chǎng)分布，減少采空區(qū)瓦斯涌向工作面，并控制上隅角瓦斯積聚。高位鉆孔的抽放負(fù)壓，加速了裂隙帶內(nèi)瓦斯的流動(dòng)，從而使高位鉆孔能夠抽出高體積分?jǐn)?shù)的瓦斯，使得匯集到上隅角的瓦斯大大減少。

3.2 高位鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2.1 鉆孔合理層位的選擇

根據(jù)礦壓理論，煤層開(kāi)采后采空區(qū)上覆巖層自下而上依次形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶三個(gè)區(qū)域。若把高位鉆孔布置在冒落帶內(nèi)，隨著工作面的推進(jìn)，該區(qū)域因受回采風(fēng)量的影響，瓦斯?jié)舛炔环€(wěn)定，抽出的瓦斯?jié)舛鹊停榉帕啃?，效果差。若把鉆孔布置在彎曲下沉帶，巖層保持原有完整性，裂隙不夠發(fā)育，裂隙之間連通性差，很難抽出大量瓦斯。因此，應(yīng)該將高位鉆孔布置在裂隙帶。裂隙帶又可分為嚴(yán)重?cái)嗔褞А⒁话銛嗔褞Ш臀⑿嗔褞?。而裂隙帶下部的?yán)重裂隙帶則是布置高位鉆孔的最佳區(qū)域。

3.2.2 鉆場(chǎng)的設(shè)計(jì)

（1）鉆場(chǎng)布置地點(diǎn)的選擇

從采空區(qū)漏風(fēng)流流線可知，回風(fēng)隅角及其附近是漏風(fēng)流匯集的地方，因此布置高位鉆孔應(yīng)在回風(fēng)巷道一側(cè)，沿走向在煤層頂板向采空區(qū)上方施工鉆孔，抽放采空區(qū)頂板裂隙和冒落空間的高濃度瓦斯。

（2）鉆場(chǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)

由于6305工作面皮帶順槽總長(zhǎng)度為1660m，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采取從6305開(kāi)切眼往里200m開(kāi)始，每80m布置一個(gè)鉆場(chǎng)的方式，從回風(fēng)大巷一側(cè)到切眼共計(jì)14個(gè)鉆場(chǎng)，編號(hào)#1～#14。

3.2.3 鉆孔的設(shè)計(jì)

（1）鉆孔有效高度范圍及鉆場(chǎng)高度計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，確定鉆孔有效高度為32.10～45.03m。考慮到鉆場(chǎng)鉆孔的穩(wěn)定性，鉆孔終孔高度確定為距離煤層頂板30m。

（2）鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

6305工作面開(kāi)采的煤層很穩(wěn)定，所以#1～#14鉆場(chǎng)施工鉆孔時(shí)，施工工藝與具體參數(shù)一致。每個(gè)鉆場(chǎng)施工3組鉆孔，每個(gè)鉆孔的側(cè)視圖、俯視圖如圖1、2所示，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表3。

4 瓦斯抽采效果分析

為了及時(shí)掌握6305工作面高位鉆孔的抽放情況，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)瓦斯參數(shù)進(jìn)行了采集。通過(guò)對(duì)6305工作面10月28日～11月30日高位鉆孔的多種CH4數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，可以檢驗(yàn)高位鉆孔的抽放效果。整理后的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)如表4所示。

根據(jù)表4可以得到如下結(jié)論：

（1）高位鉆孔的實(shí)施，有效解決了6305工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚的問(wèn)題，工作面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛认陆档搅?.5%以下。

（2）通過(guò)施工高位鉆孔對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采，減少了瓦斯向巷道的涌出，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛让黠@降低，整個(gè)工作面未出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸薜那闆r，工作面的瓦斯災(zāi)害得到了有效治理，保證了現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)。

圖1 高位鉆孔布置側(cè)視圖

圖2 高位鉆孔布置俯視圖

表3 鉆孔詳細(xì)參數(shù)

表4 6305工作面高位鉆孔抽采情況表

5 結(jié)論

（1）經(jīng)分析得到6305工作面開(kāi)采的3煤層為首采煤層，上下層均無(wú)采場(chǎng)采動(dòng)，因此該工作面回采過(guò)程中涌出的瓦斯僅來(lái)自本煤層。通過(guò)對(duì)該工作面瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該工作面需要進(jìn)行瓦斯抽采，綜合考慮各種抽采措施的特點(diǎn)，選擇了高位鉆孔技術(shù)。

（2）結(jié)合6305工作面的實(shí)際情況，對(duì)高位鉆孔參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。整個(gè)皮帶順槽共布置14個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)施工3組鉆孔，鉆孔的終孔高度為頂板以上30m。

（3）現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)表明，對(duì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)后施工的高位鉆孔充分發(fā)揮了抽采作用，保持著較高的瓦斯抽采量，有效解決了采空區(qū)瓦斯?jié)舛瘸薜膯?wèn)題，說(shuō)明之前設(shè)計(jì)的參數(shù)是合理的。