井下瓦斯抽采鉆孔施工技術概述

摘 要：煤層瓦斯抽采是保證煤炭安全開采的重要措施，也是提高煤炭資源利用率的重要途徑。目前瓦斯抽采多是通過抽采鉆孔來完成的，因此鉆孔的施工對于保證瓦斯抽采的效率具有重要作用。根據抽采鉆孔的層位，鉆孔可以分為本煤層鉆孔、穿層鉆孔以及頂板高位鉆孔。鉆孔的類型不同，施工方式及技術裝備都會有所不同。本文分析了各類抽采鉆孔的施工技術特點，可以為技術人員提供一定的參考。

關鍵詞：瓦斯抽采;安全開采;資源利用率;鉆孔施工技術

1 引言

我國是一個發(fā)展中國家，是一個能源消費大國。在我國的一次能源消費中，煤層占60%以上，而且在今后相當長的時間內，仍將占有很大的比例。我國煤礦的開采多是通過礦井開采完成的，由于極其復雜的煤層地質條件，在開采過程中地質災害事故頻發(fā)，帶來了極其惡劣的社會影響。瓦斯被譽為煤礦安全的頭號殺手，防治瓦斯災害是安全工作的重點內容。為了防治煤礦瓦斯事故，國家煤礦安全監(jiān)察局提出了“先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風定產”的十二字方針，國務院辦公室也提出“堅持先抽后采，治理與利用并舉”的方針。為了有效的控制煤層的瓦斯，先對煤層中的瓦斯進行抽采，然后再進行煤層開采[1]。

目前瓦斯抽采多是通過鉆孔來抽采煤層中的瓦斯。對于突出礦井，在治理瓦斯時需要施工的抽采鉆孔的數量更多，有的突出礦井每萬噸瓦斯抽采鉆孔的工作量就達一千多米，這就增加了瓦斯治理的難度。從抽采鉆孔的層位來劃分，抽采鉆孔可以分為本煤層鉆孔、穿層鉆孔以及頂板高位鉆孔。從鉆孔的深度來看，可以分為淺孔（長度小于300m）、中深孔（長度300～500m）以及深孔（長度超過500m）。根據鉆孔的直徑來看，可以分為常規(guī)鉆孔（孔徑小于110mm）和大直徑鉆孔（孔徑大于150mm）。在實際的工程中，要從地質條件，瓦斯含量，抽采方式工作條件等各種方面考慮選用鉆孔直徑和鉆孔深度。

2 頂板高位抽采鉆孔施工技術

為了提高瓦斯抽采的效率，大部分礦區(qū)開始采用高位鉆孔來抽采煤層中的瓦斯。在工作面推進過程中，采空區(qū)上方會形成冒落帶和裂隙帶，這個區(qū)域內瓦斯的流動性很好，濃度很高。隨著鉆孔技術水平的提高，這個技術應用的越來越廣泛。

2.1 高位鉆孔層位的選擇

開采過程中巖層移動規(guī)律表明，在采空區(qū)上方的巖體中可以分為冒落帶，裂隙帶和彎曲下沉帶，也是我們俗稱的“三帶”。上覆巖層的三帶對瓦斯的運移產生了重要的影響，巖層的離層裂隙是瓦斯聚集的空間，也是瓦斯運移的通道。瓦斯由工作面進入采空區(qū)上覆巖層的通道也就導氣帶。根據上覆巖層運動的規(guī)律和瓦斯流動的情況來看，在裂隙帶的中下部裂隙會充分發(fā)育，這有助于瓦斯的流動和聚集，在這個區(qū)域內瓦斯的濃度高，是抽采的理想區(qū)域。因此，高位抽采鉆孔應該布置在采空區(qū)三帶的裂隙帶中[2-3]。為了保證抽采鉆孔的穩(wěn)定性，能有效的抽采采空區(qū)中的瓦斯，抽采鉆孔應該受到采動的影響較小，以保證抽采鉆孔的完整性。

2.2 鉆孔直徑的確定

由于頂板高位抽采鉆孔的長度較大，施工難度較高，因此，為了提高抽采的效果，頂板高位抽采鉆孔的直徑一般比較大。在進行鉆孔時，要考慮巖層的狀況、鉆機的能力以及鉆孔的深度，這樣有助于抽采鉆孔的快速施工。當煤層的上覆巖層條件比較好時滿足打長鉆孔的要求時，這時可以選擇先進的長鉆孔鉆機來進行施工。反之，當地質構造較為復雜時，長鉆孔施工不可能實現時，應根據施工的具體情況來選擇合適的鉆進設備以及鉆孔深度。同等條件下，鉆孔的直徑越大瓦斯的滲透有效面積越大，抽采效果越好。但是選擇鉆孔直徑時，要綜合考慮抽采的周期和施工條件是否滿足。在應用中，要根據不同地形采取不同孔徑鉆孔進行抽采效果的對比和分析 ，選擇技術和經濟合理的鉆孔直徑。

2.3 鉆場的布置形式

在抽采鉆孔的施工參數確定以后，要根據工作面的位置布置合適的鉆孔，以此來保證鉆孔的抽采效果，選擇合適的位置布置鉆場。由于回風巷的風壓要高于進風采的風壓，靠近會側的鉆孔抽采效果較好，因此鉆孔的布置多靠近回風巷的一側。在鉆孔施工過程中，在回風巷每隔一定的距離就要設計一個鉆場，鉆場的間距取決于鉆孔的長度，每個鉆場鉆孔都應該呈小扇形分布并且鉆孔朝向回采面的方向。當工作面的頂板的巖石穩(wěn)定性較差時或含有松軟泥巖時，鉆孔要避開這層巖層而且鉆孔的施工長度不能太長。而對于高位鉆孔，如果地層條件許可應該選擇能力大的鉆機來進行大直徑、長深度的瓦斯抽采鉆孔。

3 本煤層鉆孔施工技術

在高瓦斯礦井及突出礦井開采之前，為了保證開采的安全性，通常需要在煤層中布置鉆孔來抽采煤層中的瓦斯。由于本煤層鉆孔都位于煤層中，鉆孔的有效長度大，掘進速度快，抽采效果好。因此，煤層瓦斯預抽多采用這種方法。

本煤層鉆孔按照服務的類型可以分為兩類，為回采服務的順層長鉆孔和為巷道掘進服務的防突鉆孔。服務于煤層開采的抽采鉆孔布置在工作面的上下順槽之中，鉆孔的間距一般在3m到5m左右，而用于巷道掘進的抽采鉆孔其鉆孔的長度多為工作面長度的一半左右。對于掘進巷道的抽采鉆孔，應該沿巷道的兩幫每隔一段距離設置一個鉆場，在鉆場向工作面方向進行施工，鉆孔應該呈扇形分布，以此來保證鉆孔對煤層瓦斯抽采的有效性。為了使鉆孔的方向不偏離掘進方向，在施工時應該采取有效的措施對鉆孔進行糾斜。對于有突出危險性的煤層，在鉆孔施工時經常會遇到噴孔現象，這對于施工的安全性十分不利。為了保證鉆孔施工的安全性，在施工時首先施工較淺的防突鉆孔來釋放煤層瓦斯壓力，這類鉆孔的深度通常在10到30m左右，鉆孔直徑小于100mm，間距和半徑通常在1m左右。有些煤層的瓦斯含量特別高，有時候排放孔設在煤巷兩側，確保煤巷正常的掘進，這類防突鉆孔設備比較簡單，而且鉆孔深度還比較淺。也有極少數特別的情況下，為了提高掘進的速度，采用直徑較大深度超過50m的防突抽采孔?，F場實踐表明，在地層比較合適的情況下，采用大直徑防突鉆孔可以起到很好的防突防噴效果，提高了巷道的掘進速度。

4 穿層采鉆孔施工技術

由于煤層具有極大的突出危險性，在本煤層施工抽采鉆孔顯然是不可取的。為此，多采用鄰近巷道向煤層來進行鉆孔（或是在煤層的頂板或底板施工用于瓦斯抽采的巷道），這類鉆孔稱之為穿層鉆孔。穿層鉆孔的長度多是通過巷道的距離抽采煤層的距離來確定。對于要抽采的煤層，抽采鉆孔應該呈網格式布置，根據實測的鉆孔抽采半徑來確定鉆孔的間距。為了保證抽采的有效性，在開采前鉆孔應該接入抽采管路中足夠多的時間。穿層鉆孔抽采時，抽采的煤層得到了充分的卸壓，裂隙大量發(fā)育，在礦井負壓和抽采的作用下，瓦斯可以被快速抽走。由于煤層瓦斯含量降低，所以達到消突瓦斯的突出危險性的目的。由于穿層鉆孔與煤層斜交，鉆孔的利用率并不高。而且鉆孔要穿透煤層的頂板或底板，這對于工作面的防水十分不利。穿層鉆孔只有在地質條件合適的情況下才能應用。

5 小結

煤層瓦斯抽采是保證煤炭安全開采的重要措施，也是提高煤炭資源利用率的重要途徑。目前瓦斯抽采多是通過抽采鉆孔來完成的，因此鉆孔的施工對于保證瓦斯抽采的效率具有重要作用。根據抽采鉆孔的層位，鉆孔可以分為本煤層鉆孔、穿層鉆孔以及頂板高位鉆孔。鉆孔的類型不同，施工方式及技術裝備都會有所不同。雖然近幾年來，我國的瓦斯抽采技術和工藝都得到了重大的發(fā)展，但是與國外還存在著明顯的差距。隨著科技的進步、理論研究的深化、鉆具制作技術斷改進、鉆孔施工技術的不斷優(yōu)化，未來鉆孔施工技術會取得更加突出的成就。

參考文獻：

[1]朱奇.煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工技術分析[J].內蒙古煤炭經濟，2018（12）：129+131.

[2]尚群.煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工技術概述[J].低碳世界，2018（05）：62-63.

[3]和鵬鵬.探究煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的裝備與施工技術[J].山東煤炭科技，2018（04）：127-128+131.

作者簡介：

樊陽陽（1983- ），男，漢族，河北省井陘縣人，2015年畢業(yè)于山西煤炭管理干部學院煤礦開采技術專業(yè)，通風助理工程師，現就職于山西新景礦煤業(yè)有限責任公司。