高瓦斯礦井工作面瓦斯綜合抽采技術(shù)分析

趙萌萌

（長治市煤礦安全技術(shù)培訓(xùn)中心，山西 長治 046000）

1 前 言

瓦斯是煤礦五大災(zāi)害之一，但也是一種清潔能源，加以有效利用不僅不會產(chǎn)生災(zāi)害，而且對我國能源安全起著至關(guān)重要的作用，預(yù)抽煤層瓦斯是防治煤礦瓦斯災(zāi)害的根本措施，保證煤礦工作面安全開采的重要手段。一般來說，礦井瓦斯涌出量中有30%來自于采空區(qū)瓦斯涌出，對于高瓦斯礦井而言，采空區(qū)瓦斯涌出量則會占全礦井瓦斯涌出量的40%以上，采空區(qū)瓦斯的治理和抽放需要更加重視。而對于煤體堅硬裂隙不貫通，或者煤體透氣性差的煤層，煤層瓦斯預(yù)抽效果不理想，瓦斯抽放困難，需要采取有效的煤層增透技術(shù)措施[1-2]。因此，本文分析了高瓦斯工作面煤層瓦斯綜合抽采技術(shù)，可為同類礦井提供參考。

2 水力壓裂增透技術(shù)

2.1 水力壓裂技術(shù)原理

水力壓裂技術(shù)[3-6]是煤礦瓦斯治理中常用的技術(shù)方法，通過對鉆孔在煤層中注入高壓水，既可以使煤體中的原生裂隙張開擴(kuò)展，又可以增加煤體的裂隙，并可以使裂隙相互貫通，形成一個相互交織的裂隙網(wǎng)絡(luò)，從而在煤層中形成互相聯(lián)通的瓦斯排放通道，使煤層的滲透率增加，可以使部分處于吸附狀態(tài)的瓦斯解析為自由狀態(tài)，自由狀態(tài)的瓦斯則可通過裂隙向外排出，增加本煤層瓦斯的抽采效果，降低工作面煤層瓦斯含量，保障工作面安全回采。

2.2 水力壓裂參數(shù)

水力壓裂參數(shù)是煤層水力壓裂效果的決定性因素，在確定水力壓裂參數(shù)時應(yīng)調(diào)查工作面煤體強(qiáng)度、地應(yīng)力大小、側(cè)壓系數(shù)等基本地質(zhì)參數(shù)，根據(jù)工作面的圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)確定水力壓裂的注水壓力和注水時間，以及滲透半徑，從而確定水力壓裂鉆孔的間距。

通過理論計算機(jī)實驗分析沁水煤田長治礦區(qū)3#煤圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，水力壓裂增透鉆孔間距初步確定為6m，瓦斯抽放鉆孔間距為3m，即每兩個抽放鉆孔中有一個鉆孔進(jìn)行水力壓裂。為達(dá)到理想的抽放效果，需進(jìn)行水力壓裂的鉆孔施工深度一般不少于工作面長度的70m，抽放鉆孔深度一般不少于50m，具體需結(jié)合工作面參數(shù)進(jìn)行確定，面長的工作面壓裂鉆孔和抽放鉆孔的深度均應(yīng)適當(dāng)加深。為保證鉆孔對工作面內(nèi)煤層的覆蓋效果和封孔效果以及防止可能出現(xiàn)的卡鉆鉆孔情況，壓裂和抽放鉆孔開孔高度不小于1.5m，角度不小于1°，孔徑選取75mm，對于煤層較厚的工作面，應(yīng)適當(dāng)提高鉆孔開孔高度。煤層水力壓裂采用全長一次壓裂，壓裂鉆孔封孔深度為15～25m，水力壓裂僅對鉆孔封孔長度以里進(jìn)行壓裂。

3 本煤層瓦斯抽采技術(shù)

在工作面兩順槽布置本煤層瓦斯抽放鉆孔，隨著工作面的推進(jìn)，提前對工作面前方煤體瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，可有效降低工作面的瓦斯含量，使得工作面回采時處于低瓦斯區(qū)域，從而保證工作面的回采安全。

結(jié)合前述水力壓裂鉆孔布置方案，工作面本煤層瓦斯抽放鉆孔分為抽放鉆孔和壓裂抽放一體鉆孔，抽放鉆孔布置在上排，壓裂抽放鉆孔布置在下排，上下兩排呈“三花”布置。上排鉆孔間距6m，開孔高度不小于2m,下排鉆孔間距6m，開孔高度不小于1.5m，鉆孔仰角均不小于1°，鉆孔具體參數(shù)需結(jié)合工作面煤層厚度、傾角等參數(shù)確定。鉆孔布置參數(shù)如圖1所示。

圖1 工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔布置圖

4 采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)

工作面開采會造成頂板上覆巖層移動，形成大范圍的離層裂隙帶，由于瓦斯氣體密度小，瓦斯氣體會通過工作面頂板上部裂隙大量積聚在工作面后方采空區(qū)頂板裂隙帶，采空區(qū)瓦斯的大量積聚會流入工作面，造成工作面瓦斯超限，在加強(qiáng)工作面本煤層超前預(yù)抽瓦斯的同時，還需注重采空區(qū)洼地的治理。

4.1 高、中位鉆孔抽采

在工作面順槽保護(hù)煤柱外側(cè)布置瓦斯抽放鉆場，在鉆場內(nèi)采用千米鉆機(jī)提前向工作面采空區(qū)裂隙帶施工高位鉆孔。

1）高位不少于3個，鉆孔深度300m，鉆孔終孔位置在工作面順槽以里40m、60m和80m三個位置，位于裂隙帶上部，距離煤層頂板6～8倍采高，具體位置參數(shù)需結(jié)合工作面參數(shù)和頂板裂隙帶高度確定。見圖2所示。

2）中位鉆孔不少于6個，鉆孔深度260m，鉆孔終孔位置在工作面順槽以里 35m、45m、55m、65m、75m和85m六個位置，位于裂隙帶下部，距離煤層頂板約3倍采高，具體位置參數(shù)需結(jié)合工作面參數(shù)和頂板裂隙帶高度確定。

圖2 工作面采空區(qū)高、中位抽放鉆孔布置圖

4.2 穿透鉆孔抽采

在工作面順槽保護(hù)煤柱外側(cè)兩個橫穿中間施工穿透鉆孔，鉆孔間距5～10m之間，鉆孔開孔高度不小于1m，鉆孔終孔位置在保護(hù)煤柱內(nèi)側(cè)巷道頂板0.5m處，鉆孔貫穿煤柱。在鉆孔孔口下套管進(jìn)行封孔，安裝測點和控制閥門后連接至瓦斯抽放鉆孔的主管路上，工作面前方穿透鉆孔閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，在工作面回采支架尾梁推過穿透鉆孔時開啟閥門投入運行，根據(jù)鉆孔抽放瓦斯純度進(jìn)行調(diào)控閥門。鉆孔布置見圖3所示。

圖3 工作面穿透鉆孔布置圖

5 結(jié) 語

1）瓦斯抽采是解決高瓦斯礦井工作面瓦斯的根本方法，水力壓裂可以使煤體閉合的裂隙擴(kuò)張，并使裂隙之間相互貫通，形成相互交織的瓦斯流動通道，使煤體中處于自由狀態(tài)的瓦斯通過裂隙被抽出，從而有效降低工作面煤層瓦斯含量。

2）采空區(qū)瓦斯向工作面內(nèi)涌出是工作面瓦斯超標(biāo)的重要因素，在進(jìn)行工作面超前預(yù)抽瓦斯的同時，必須加強(qiáng)工作面采空區(qū)瓦斯的治理和抽采，在工作面前方布置鉆場施工高、中位鉆孔對采空區(qū)的上部裂隙帶的瓦斯進(jìn)行抽采，并配合穿透鉆孔，抽采工作面上隅角瓦斯，可以有效降低工作面采空區(qū)瓦斯含量。

3）采用工作面瓦斯綜合抽放技術(shù)，提前壓裂煤體，增加瓦斯抽放通道，對工作面前方煤體、采空區(qū)頂板裂隙帶和工作面上隅角瓦斯進(jìn)行綜合抽放治理，可以有效保障工作邊生產(chǎn)安全，為高瓦斯工作面瓦斯治理提供了一個新的技術(shù)措施。