礦井頂板高位裂隙帶瓦斯抽放技術(shù)的優(yōu)化

張國強(qiáng)

摘 要：上隅角瓦斯治理長期以來困擾礦井的通風(fēng)安全。本文針對(duì)馬蘭礦18506工作面為工程背景，在對(duì)該回采工作面采空區(qū)頂板巖層進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)頂板裂隙帶瓦斯抽放鉆孔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合18506工作面實(shí)際情況在進(jìn)行頂板高位裂隙帶瓦斯抽放鉆孔施工過程中，對(duì)鉆孔的間距和孔深進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)踐取得良好效果，有效治理上隅角瓦斯超限難題，緩解工作面瓦斯抽采銜接緊張問題，保證礦井的通風(fēng)安全。

關(guān)鍵詞：上隅角;瓦斯超限;高位裂隙帶;抽放技術(shù)

0 引言

現(xiàn)階段我國開采的主要對(duì)象轉(zhuǎn)移到賦存較為復(fù)雜的煤層。賦存條件較為復(fù)雜的煤層在開采時(shí)大量的瓦斯聚集引發(fā)爆炸等事故成為了困擾礦山開采的重要難題。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中針對(duì)采空區(qū)上隅角瓦斯超限的治理的方法較多，但治理的效果并不十分理想，所以研究上隅角瓦斯治理成為了熱門課題。隨著礦井通風(fēng)技術(shù)的不斷發(fā)展，瓦斯的防治技術(shù)從被動(dòng)性的防治轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)性防治，從措施型向工程型轉(zhuǎn)變，從單一的防治方法向綜合防治和瓦斯利用方向發(fā)展，瓦斯事故也大幅度減少。盡管如此，瓦斯抽采技術(shù)尚不成熟，在瓦斯抽采中仍然存在許多問題，比如，在瓦斯抽采鉆孔設(shè)計(jì)當(dāng)中施工的工程量較大、鉆孔的有效距離短、鉆場(chǎng)與鉆場(chǎng)的銜接不緊密、針對(duì)裂隙帶瓦斯的治理目標(biāo)性不強(qiáng)以及裂隙帶鉆孔的施工的難度較大。因此對(duì)瓦斯抽采鉆孔的要求、效果，有著巨大的阻礙。彭冬[1]采用高位定向鉆孔在煤層頂板采動(dòng)裂隙帶中構(gòu)建了一條瓦斯鉆孔抽采的通道，針對(duì)回采工作面及采空區(qū)的游離瓦斯進(jìn)行有效的抽采，使工作面的上隅角瓦斯?jié)舛冉档偷桨踩珮?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，成為質(zhì)量回采工作面上隅角瓦斯超限的有效技術(shù)方案，為頂板高位裂隙帶瓦斯抽放技術(shù)研究做出重要貢獻(xiàn)。

1 頂板高位裂隙帶鉆孔技術(shù)原理

根據(jù)工作面頂板裂隙帶鉆孔打鉆實(shí)際情況，自行研究了優(yōu)化頂板裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)。減少施工鉆孔個(gè)數(shù)，減輕施工量。提高工作面瓦斯抽采效果，降低上隅角瓦斯?jié)舛?，保證了瓦斯抽采效果及工作面的安全生產(chǎn)。提高抽采瓦斯?jié)舛?，提升施工鉆孔瓦斯抽采量，保證瓦斯發(fā)電率。在研究優(yōu)化裂隙帶鉆孔施工設(shè)計(jì)方案過程中，積極收集一個(gè)工作面鉆孔設(shè)計(jì)，及井下鉆孔實(shí)際水平及垂高，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)瓦斯抽采銜接及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)間距及鉆孔深度。保證每組鉆孔至少3個(gè)鉆孔在處于高效瓦斯抽采層位，提高工作面瓦斯抽采效果。

2 工作面概況

馬蘭礦位于山西古交西南15km，井田面積為104.4km2，

設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力4.0Mt，主要開采8#煤層。18506工作面的巷道高度為3.8m，寬度為5.5m，工作面煤層平均厚度為13.8m。上隅角瓦斯治理長期以來困擾礦井的通風(fēng)安全，針對(duì)此設(shè)計(jì)的高位裂隙帶瓦斯抽放技術(shù)方案并在馬蘭礦18506回采工作面進(jìn)行試驗(yàn)。該工作面在未采用優(yōu)化技術(shù)前瓦斯的平均濃度為25%左右，平均抽采量為1.5m3/min左右，在使用優(yōu)化頂板裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)后平均瓦斯?jié)舛葹?5%-20%，平均抽采量1.9m3/min-3.4m3/min。18506回采工作面上隅角瓦斯?jié)舛冉档?.3%左右。根據(jù)優(yōu)化頂板裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)方案在18506工作面的應(yīng)用效果，積極推廣到相鄰工作面的瓦斯治理[2]，有效解決了回采工作面采空區(qū)上隅角瓦斯超限難題，緩解工作面瓦斯抽采銜接緊張問題，保證礦井的通風(fēng)安全。

3 頂板高位裂隙帶鉆孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在研究優(yōu)化裂隙帶鉆孔施工設(shè)計(jì)方案過程中，積極收集一個(gè)工作面鉆孔設(shè)計(jì)，及井下鉆孔實(shí)際水平及垂高，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)瓦斯抽采銜接及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)間距及鉆孔深度。保證每組鉆孔至少3個(gè)鉆孔在處于高效瓦斯抽采層位，提高工作面瓦斯抽采效果。且本煤層鉆孔聯(lián)孔連接方便、快捷，吊掛整齊，有效的減輕了職工的工作量、降低了材料損耗，提高了瓦斯抽采效果。同時(shí)，鉆孔聯(lián)孔吊掛處于水平位置，還保障本煤層鉆孔放水效率，提升鉆孔的瓦斯抽采率。圖1為頂板鉆孔布置圖。

4 瓦斯抽采效果分析

馬蘭礦采用優(yōu)化后的頂板裂隙帶瓦斯鉆孔抽放技術(shù)，針對(duì)18506回采工作面上隅角瓦斯超限的問題進(jìn)行有效治理。采用優(yōu)化后的本煤層聯(lián)孔方案后，抽采濃度和抽采量都大大提高。

在未使用優(yōu)化方案是工作面平均瓦斯?jié)舛冗_(dá)到25%左右，平均抽采量為1.3m3/min-1.5m3/min，使用優(yōu)化頂板裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)后平均瓦斯?jié)舛葹?5%-90%，平均抽采量1.9m3/min-3.4m3/min。18506工作面上隅角瓦斯平均濃度降低了0.3%左右[3]。

5 結(jié)論

本文以馬蘭礦18506回采工作面上隅角瓦斯治理為案例，通過對(duì)頂板裂隙帶瓦斯鉆孔抽放技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。證明該抽放技術(shù)與原先采用的裂隙帶鉆孔方案相比，優(yōu)化頂板裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)優(yōu)越性明顯，優(yōu)化頂板裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)通過在井下環(huán)境的實(shí)際使用，不僅降低了上隅角的瓦斯?jié)舛龋ＷC了瓦斯抽采效果、提高了瓦斯抽采濃度，為瓦斯的合理利用創(chuàng)造了良好的條件。

對(duì)回采工作面上隅角瓦斯富集區(qū)域抽放技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在采空區(qū)瓦斯防治技術(shù)中非常重要。馬蘭礦采用綜合瓦斯防治技術(shù)，結(jié)合工作面的實(shí)際情況，基于瓦斯鉆孔抽放技術(shù)、煤層注水技術(shù)和優(yōu)化通風(fēng)參數(shù)等技術(shù)，針對(duì)性的設(shè)計(jì)了“四抽一補(bǔ)、多重并舉、降本增效”的瓦斯治理方案，保證礦井的通風(fēng)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭冬.王家?guī)X礦上隅角瓦斯治理機(jī)制及定向鉆孔關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)研究[D].北京：煤炭科學(xué)研究總院2019.

[2]趙國宇.礦井頂板高位裂隙帶瓦斯抽放方法的優(yōu)化[J].煤炭與化工，2017（10）：38-40.

[3]趙喜軍.基于裂隙帶分布規(guī)律的采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)[J].山東煤炭科技，2018（02）：88-90.

[4]李懿.潞安集團(tuán)長榆河煤業(yè)高低位裂隙帶鉆孔抽采技術(shù)在采空區(qū)瓦斯治理中的效果分析[J].煤炭加工與綜合利用，2018（08）：67-70.