高瓦斯薄煤層采煤工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)

盧波

摘 要：在采礦生產(chǎn)活動當(dāng)中，瓦斯問題嚴(yán)重威脅采礦安全，尤其是在高瓦斯薄煤層采礦工作面的瓦斯處理方面，需要采用高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)，將危害生產(chǎn)安全的瓦斯抽出。文章首先分析了采礦工作面瓦斯的主要來源，然后闡述了高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)的基本原理。最后，以某礦實際案例為研究對象，對高瓦斯薄煤層采礦工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：瓦斯抽采技術(shù);薄煤層;高位鉆孔

0 引言

針對采礦生產(chǎn)中比較常見的瓦斯問題，采用瓦斯抽采技術(shù)是比較直接且有效的方法之一。針對礦井下工作面的瓦斯抽采，通常是使用鉆孔的方法。針對滲透率低、瓦斯高、環(huán)境復(fù)雜的工作面，高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)在實際應(yīng)用中具有抽采效率高、工程量小、對工作面影響小的優(yōu)勢。因此，在高瓦斯薄煤層工作面的瓦斯處理中，應(yīng)科學(xué)實用高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)。

1 采礦工作面瓦斯的主要來源及危害

在很多地區(qū)，煤層的結(jié)構(gòu)都具有多孔隙的特點，而這些空隙、孔洞將成為氣體流通、聚集的主要通道和空間。在人們對礦山進(jìn)行開采之前，煤層、瓦斯流體以及圍巖之間處于相對平衡的狀態(tài)。而開采活動開始之后，地層結(jié)構(gòu)的相對狀態(tài)、受力狀態(tài)遭到破壞，導(dǎo)致煤層之間的透氣性系數(shù)增加，進(jìn)而形成卸壓帶[1]。在開采活動逐步深入的情況下，工作面后方將持續(xù)形成采空區(qū)。采空區(qū)附近受力狀況不均，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)裂縫、孔洞，導(dǎo)致瓦斯賦存、流動狀態(tài)受到影響，最終導(dǎo)致瓦斯大量涌入采空區(qū)、工作面。

瓦斯在采空區(qū)大量聚集，將會產(chǎn)生非常大的安全隱患。如果采空區(qū)圍巖受力失衡，或是瓦斯聚集達(dá)到一定量，很容易大量入侵工作面，危害施工人員的生命安全。瓦斯本身易燃易爆的特性，意味著一旦礦井開采工作面或周邊區(qū)域的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到一定水平，將很可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，導(dǎo)致采礦工人生命健康安全及公共財產(chǎn)安全遭受嚴(yán)重?fù)p失。

2 高瓦斯薄煤層采礦工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)的應(yīng)用

2.1 工程案例

某礦當(dāng)前正在進(jìn)行5號礦層503工作面的回采，工作面的長度為130m。在該工作面，煤層厚度為0-2.5m，平局厚度為1.3m，埋深225-460m。經(jīng)技術(shù)人員測得該工作面原煤瓦斯含量為3.91-10.51m3/t，瓦斯壓力為0.19-0.58MPa，煤層的透氣性系數(shù)為4.112-5.676㎡/MPa2·d。在該工作面區(qū)域內(nèi)，生產(chǎn)企業(yè)使用的是綜合機械化采礦技術(shù)。

2.2 高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)概述

在針對礦山高瓦斯薄煤層開采工作面使用高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)時，技術(shù)單位對采空區(qū)使用全部垮落法進(jìn)行處理，然后將區(qū)域分為裂縫帶、垮落帶、彎曲下沉帶。通常情況下，裂縫帶區(qū)域的瓦斯都符合卸壓增透條件，可以使用抽采技術(shù)對鄰近層的瓦斯[2]。垮落帶普遍位于礦井開采層的上方位置，該位置普遍不能進(jìn)行抽采鉆孔，常用埋管的方式對瓦斯進(jìn)行抽采。彎曲下沉帶的卸壓程度比較低，特別是距裂縫帶比較遠(yuǎn)的位置，抽采率更低。在針對礦層進(jìn)行回采之后，區(qū)域內(nèi)卸壓至鄰近層，因此而釋放的瓦斯會聚集于采空區(qū)，很容易從相關(guān)位置涌入工作面。相關(guān)研究表明，在礦井回采期間，鄰近層瓦斯涌出量可達(dá)到整個工作面瓦斯涌出量的一半以上，甚至可以達(dá)到80%之巨。顯然，在這樣的情況下，單單依靠預(yù)抽、風(fēng)排的方式，無法確保工作面安全。

而采用高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)，可以對工作面上覆巖層、采空區(qū)瓦斯進(jìn)行快速抽采，并且還能有效控制鄰近層的瓦斯涌出量。另外，在抽采的過程當(dāng)中，還可以利用礦井下特殊的空間構(gòu)造，拉動工作面下部空間瓦斯，進(jìn)而可以促進(jìn)采空區(qū)瓦斯重新分布，排除瓦斯超限、涌出風(fēng)險，確保回采工作安全[3]。在針對工作面進(jìn)行回采期間，當(dāng)高位鉆孔的孔口距離工作面還有較長距離時，就可以開始抽采瓦斯。

2.3 高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)的實際應(yīng)用

在本工程案例當(dāng)中，技術(shù)人員對該某礦503工作面采場覆巖移動破壞的分帶規(guī)律進(jìn)行了探究，明確了軟弱巖石垮落帶以及裂縫帶的實際情況。再結(jié)合相關(guān)條件，將高位鉆場布置在垮落帶和裂縫帶之間的區(qū)域，高度為該礦層頂板約12m處。基于實際經(jīng)驗，礦井采空區(qū)周邊一般存在一個連通的離層裂隙發(fā)育區(qū)，經(jīng)過測量分析確定其寬度為32m，而菜農(nóng)高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)時，就是要將瓦斯抽離至該區(qū)域。因此，最大鉆孔位置應(yīng)當(dāng)距離礦井材料巷30m為宜。具體來講，第一組鉆孔定位應(yīng)當(dāng)位于距工作面開切眼150m左右的位置，并設(shè)置三個試驗鉆孔，用作觀察分析。

鉆孔布置方面，技術(shù)人員在503回風(fēng)巷施工時，采用高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)，工作面的長度為130m。每組鉆孔的位置位于工作面機尾側(cè)，并按照10m的間隔進(jìn)行分布[4]。終孔的高度是本案例5號礦層頂板上10m左右的位置，開孔的位置在503回風(fēng)巷頂板位置。在實際施工中，鉆孔孔徑設(shè)定為95mm，傾角為8°，鉆孔的長度分別為80、85、90m。

3 結(jié)論

在礦山開采的瓦斯問題處理案例當(dāng)中，通過使用高位鉆孔抽采技術(shù)，整個抽采過程的瓦斯量都經(jīng)歷了上升、平穩(wěn)、下降的過程，這說明了工作面各個位置的壓力對瓦斯抽采量有較大的影響。當(dāng)工作面頂板壓力正常、裂隙充分發(fā)育的前提下，高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)的抽采量達(dá)到了較高的水準(zhǔn)。當(dāng)工作面遠(yuǎn)離高位鉆孔的終孔附近時，瓦斯的抽采量逐步下降?？傮w來講，針對高瓦斯薄煤層采礦工作面面臨的瓦斯問題，根據(jù)實際情況合理采用高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)，將有效解決相關(guān)問題，規(guī)避瓦斯風(fēng)險，為采礦安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊曉俊.高瓦斯薄煤層采煤工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)[J].礦業(yè)裝備，2018（2）：36-37.

[2]呂旭明.采動裂隙帶高位定向長鉆孔瓦斯抽采技術(shù)的應(yīng)用探析[J].技術(shù)與市場，2020，27（4）：106-107.

[3]白硯國.石港公司綜采工作面高位鉆孔抽采瓦斯技術(shù)[J].同煤科技，2020（1）：45-46+49.

[4]焦軍.頂板高位大直徑定向鉆孔抽采瓦斯治理技術(shù)應(yīng)用研究[J].煤炭與化工，2019，42（12）：106-109.