工作面動(dòng)壓區(qū)順層鉆孔瓦斯抽采設(shè)計(jì)優(yōu)化

郭四龍

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

回采工作面瓦斯涌出量是影響工作面高效生產(chǎn)的主要因素之一。為了降低工作面瓦斯涌出量，提高工作面生產(chǎn)效率，工作面回采期間采取采空區(qū)和動(dòng)壓區(qū)瓦斯抽采措施，已成為瓦斯治理的主要措施類(lèi)型之一[1-3]。但由于頂板巖性、采煤工藝、礦井地質(zhì)等條件差異，動(dòng)壓區(qū)鉆孔的控制范圍、鉆孔密度、鉆場(chǎng)的布局等設(shè)計(jì)過(guò)程中的量化指標(biāo)難以確定，進(jìn)而影響工作面生產(chǎn)效率的提高。針對(duì)上述問(wèn)題，以伯方煤礦3205 工作面為工程對(duì)象，根據(jù)工作面動(dòng)壓區(qū)影響范圍，通過(guò)研究不同布置方式的順層鉆孔的抽放效果，確定動(dòng)壓區(qū)鉆孔布孔方式和鉆孔設(shè)計(jì)的量化指標(biāo)，對(duì)保證工作面順層鉆孔抽采瓦斯效果具有重要意義。

1 工作面概況

蘭花集團(tuán)伯方煤礦3205 綜放工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1380m，傾斜長(zhǎng)為158m，工作面位于該礦二盤(pán)區(qū)，東側(cè)為二盤(pán)區(qū)軌道巷、運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷，南部和北部分別為3203 和3207 工作面。3205 工作面回采山西組3#煤層，該煤層平均厚度5.3m，煤層平均傾角為4°，區(qū)域內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定。工作面沿煤層底板回采，采高2m，放煤厚度3.3m。工作面直接頂為厚5.5m 的粉砂巖，老頂為厚4.5m 的中粒砂巖，直接底為厚1.5m 的細(xì)砂巖，老底為厚4.3m 的砂質(zhì)泥巖。工作面內(nèi)煤層瓦斯含量測(cè)試點(diǎn)21 個(gè)，含量值3.05～5.72m3/t，瓦斯最大絕對(duì)涌出量為7.75 m3/min。根據(jù)礦井已回采工作面開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，工作面前方動(dòng)壓區(qū)范圍為0～50m。

2 動(dòng)壓區(qū)原鉆孔設(shè)計(jì)及抽采效果分析

2.1 鉆孔設(shè)計(jì)

3205 工作面動(dòng)壓區(qū)抽采采用順層鉆孔抽采。鉆孔設(shè)計(jì)沿工作面煤層傾向垂直于巷幫施工，每3m一組，一組2 個(gè)鉆孔，終孔間距3m，上下順槽鉆孔交叉長(zhǎng)度為10m，孔徑94mm，封孔管采用直徑50mm 雙抗管，全孔深護(hù)孔。鉆孔設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 回采工作面動(dòng)壓區(qū)順層鉆孔設(shè)計(jì)對(duì)比圖

2.2 抽采效果分析

原抽采設(shè)計(jì)方案下，回采工作面動(dòng)壓區(qū)順層平行鉆孔瓦斯抽采情況如表1 所示，瓦斯抽采與切巷間距關(guān)系如圖2 所示。由表1 和圖2 可知：工作面切巷外回采方向15～18m 處動(dòng)壓區(qū)鉆孔抽放濃度及流量下降區(qū)域明顯，18m 以外鉆孔瓦斯流量降到最低，雖然鉆孔保持一定的瓦斯?jié)舛?，但已失去瓦斯抽采的意義。由此可見(jiàn)回采工作面動(dòng)壓影響區(qū)域?yàn)檠鼗夭煞较?5m 范圍。經(jīng)對(duì)表1 中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工作面回采期間動(dòng)壓區(qū)內(nèi)鉆孔總瓦斯抽采量約為1.68m3/min，鉆孔瓦斯抽采效率較低。據(jù)此可知：由于工作面動(dòng)壓區(qū)范圍影響有限，動(dòng)壓區(qū)內(nèi)隨著工作面推進(jìn)，導(dǎo)致鉆孔抽采周期簡(jiǎn)短，每天按2.5m 推進(jìn)度計(jì)算，一個(gè)鉆孔抽采周期只有6d，且動(dòng)壓區(qū)內(nèi)鉆孔數(shù)量只有20 個(gè)。

表1 回采工作面動(dòng)壓區(qū)順層平行鉆孔瓦斯抽采情況

圖2 動(dòng)壓區(qū)順層平行鉆孔瓦斯抽采與切巷間距關(guān)系圖

3 動(dòng)壓區(qū)抽采鉆孔優(yōu)化設(shè)計(jì)及其效果

3.1 鉆孔優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)動(dòng)壓區(qū)順層平行鉆孔抽采周期短、實(shí)際起到作用的鉆孔較少等問(wèn)題，根據(jù)工作面現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)工作面動(dòng)壓區(qū)鉆孔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)在工作面上下順槽鉆孔內(nèi)布置扇形鉆孔，鉆孔沿煤層頂板施工，每組2 個(gè)鉆孔控制整個(gè)工作面動(dòng)壓區(qū)以及部分采空區(qū)區(qū)域，每組鉆孔終孔間距5～8m（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件確定），鉆孔孔徑及封孔要求同上（鉆孔布置圖如圖1 所示）。

3.2 抽采效果分析

經(jīng)過(guò)對(duì)3205 工作面動(dòng)壓區(qū)順層平行鉆孔瓦斯抽采跟蹤測(cè)試及統(tǒng)計(jì)得出以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如表2 和圖3 所示。由表2 和圖3 可知：工作面動(dòng)壓區(qū)抽采鉆孔采用扇形鉆孔布置，瓦斯抽放量和控制范圍均有明顯提高，當(dāng)鉆場(chǎng)距切巷40～6m 之間時(shí)，瓦斯抽放總量達(dá)到2m3/min 以上，且在35～20m 之間達(dá)到峰值的3m3/min 以上。這是由于扇形鉆孔沿煤層頂板布置，在工作面回采期間（沿煤層底板回采，采高2m，煤厚5.5m）部分順層鉆孔同時(shí)起到采空區(qū)抽放和動(dòng)壓區(qū)抽放雙重作用，致使抽放量和抽放周期均有較大的提高。

表2 回采工作面動(dòng)壓區(qū)順層扇形鉆孔瓦斯抽采情況

通過(guò)對(duì)比分析可知：對(duì)工作面動(dòng)壓區(qū)順層鉆孔優(yōu)化設(shè)計(jì)后，動(dòng)壓區(qū)內(nèi)有效鉆孔抽采數(shù)量增加了2倍，動(dòng)壓區(qū)瓦斯抽放量平均值由1.68m3/min 提高到了2.45m3/min，抽采量提高了46%。由于鉆孔沿煤層頂板施工，回采期間部分順層鉆孔同時(shí)起到采空區(qū)抽放和動(dòng)壓區(qū)抽放雙重作用，最終使得鉆孔抽采周期延長(zhǎng)到了18d，抽采周期提高了3 倍。

圖3 動(dòng)壓區(qū)順層扇形鉆孔瓦斯抽采與切巷間距關(guān)系圖

4 結(jié)論

（1）3205 回采工作面厚煤區(qū)動(dòng)壓區(qū)抽放采用扇形順層鉆孔布置，鉆孔沿煤層頂板施工，能起到動(dòng)壓區(qū)和采空區(qū)雙重抽放作用，動(dòng)壓區(qū)瓦斯抽放量平均值由1.68m3/min 提高到了2.45m3/min，扇形鉆孔抽放量是平行鉆孔的1.5 倍，單孔抽放周期提高3 倍。

（2）工作面鉆場(chǎng)間距根據(jù)鉆孔施工條件確定，一般45m 為宜，每組鉆孔間距不宜過(guò)小，5～8m 為宜。