綜放工作面高位瓦斯抽采鉆孔布置參數(shù)優(yōu)化

李河清 史 建 侯建龍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 趙莊二號(hào)井，山西 長治 046600）

煤礦瓦斯[1-2]是制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一，采空區(qū)上方瓦斯含量約占采煤工作面瓦斯含量的40%左右，對(duì)工作面安全生產(chǎn)影響巨大。

1 工程概況

趙莊二號(hào)井2307工作面開采3#煤層，煤層平均厚4.35 m，平均埋深450 m，傾角平均3°。工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤開采，走向長1 154.8 m，傾斜長175.7 m。工作面北側(cè)為2309工作面采空區(qū)，西側(cè)為2103、2104集中巷，南側(cè)為實(shí)體煤，東側(cè)為2301、2303工作面采空區(qū)。工作面布置圖見圖1所示。工作面回采范圍內(nèi)無大型斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造影響。該工作面采用一進(jìn)一回的U型通風(fēng)方式，工作面煤層瓦斯含量4.6～4.8 m3/t，瓦斯壓力0.24～0.3 MPa，無煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。2307工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為4.63 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量2.32 m3/t。在工作面回風(fēng)巷布置瓦斯抽放鉆場，采用高位鉆孔[3-4]治理采空區(qū)瓦斯。

圖1 工作面布置圖

2 原高位鉆孔布置參數(shù)及存在問題

2307工作面開采前期，瓦斯抽采效果不佳，工作面隅角瓦斯?jié)舛容^高，需采取限產(chǎn)措施，因此對(duì)工作面通過5#鉆場覆蓋區(qū)域時(shí)的瓦斯抽采效果進(jìn)行分析。

2.1 鉆孔參數(shù)

5#鉆場內(nèi)布置10個(gè)高位鉆孔，鉆孔在垂直和水平方向均呈現(xiàn)扇形布置，鉆孔深度在120～130 m之間，傾角7°～11°。鉆孔終孔位置在距煤層頂板15.8～22.9 m之間，距回風(fēng)巷的水平距離5～48.7 m。具體參數(shù)見表1，鉆孔布置見圖2。

表1 5#鉆場抽放鉆孔參數(shù)表

圖2 5#鉆場抽放鉆孔剖面示意圖

2.2 存在問題分析

工作面回采經(jīng)過5#鉆孔覆蓋區(qū)域時(shí)， 5#鉆場瓦斯抽放濃度較低，平均抽放流量和平均瓦斯純量則僅有0.079 m3/min和 0.006 m3/min（見表1），采空區(qū)抽放效果不理想。原因如下：

（1）由于瓦斯氣體密度較空氣小，其會(huì)順著采空區(qū)上部裂隙向上流動(dòng)，而5#鉆場抽放鉆孔終孔位置在煤層上方15.8～22.9 m，約3.6～5.3倍煤厚，距離工作面冒落帶較近，鉆孔位于工作面裂隙帶[5-6]中下部，對(duì)上部裂隙中的瓦斯抽采效果較差；同時(shí)由于5#鉆場部分鉆孔距回風(fēng)巷距離超過40 m，處于采空區(qū)中部壓實(shí)區(qū)內(nèi)，裂隙在垂直方向上導(dǎo)通性差，不易于采空區(qū)瓦斯抽出。

（2）工作面回采過后，煤層上覆頂板隨之冒落，抽放鉆孔距離頂板較近，則極易造成部分抽放鉆孔因坍塌而堵孔，使得鉆孔塌孔失效，導(dǎo)致鉆孔抽放效率低，工作面采空區(qū)瓦斯治理效果差。5#鉆孔抽采數(shù)據(jù)見表2。

表2 5#鉆場抽采數(shù)據(jù)表

3 高位鉆孔參數(shù)優(yōu)化

由于瓦斯氣體在自重作用下向上部裂隙空間流動(dòng)，故高位瓦斯抽放鉆孔在裂隙帶中上部的有效抽采長度越長，其抽采效果越好。根據(jù)“O”形圈理論，工作面采空區(qū)中部存在采動(dòng)壓實(shí)區(qū)，兩側(cè)端頭存在垂直裂隙，可形成上下流動(dòng)通道，對(duì)瓦斯抽采有利。因此，采用高位鉆孔治理工作面采空區(qū)瓦斯，不僅需考慮鉆孔在垂直方向的布置層位，同時(shí)需考慮傾向分布范圍，方可實(shí)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯高效抽采。

根據(jù)以往工作面三帶觀測(cè)，冒落帶位于煤層頂板上方10.8 m，裂隙帶位于煤層頂板上方10.8～30 m。結(jié)合5號(hào)鉆場瓦斯抽采情況可知，鉆孔終孔位置位于裂隙帶中下部，且工作面傾斜長175.7 m，部分鉆孔靠近工作面中部，不利于瓦斯抽采，故優(yōu)化高位鉆孔終孔位置。在垂直方向上，應(yīng)布置在工作面裂隙帶的中上部，即在煤層頂板上方23～32 m之間；在煤層傾向上，鉆孔終孔位置距回風(fēng)巷水平距離在8～35 m之間。由此對(duì)6#鉆場的高位鉆孔布置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以試驗(yàn)抽采效果。鉆孔參數(shù)見表3，鉆孔布置見圖3。

表3 6#鉆場抽放鉆孔參數(shù)表

圖3 6#鉆場抽放鉆孔剖面示意圖

4 抽采效果分析

（1）鉆孔抽放參數(shù)

優(yōu)化后高位鉆孔抽放參數(shù)見表4。由表可知，6#鉆場高位鉆孔的平均抽放流量為1.187 m3/min，平均抽放純瓦斯量為0.164 m3/min，其明顯高于表2中5#鉆場的平均抽放流量和平均抽放純量，而且抽放瓦斯?jié)舛认啾?#鉆場也有大幅提升。

表4 6#鉆場高位鉆孔抽采參數(shù)表

（2）上隅角瓦斯?jié)舛?/p>

2307工作面回采通過5#和6#鉆場高位鉆孔覆蓋區(qū)域時(shí)，對(duì)工作面上隅角瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了持續(xù)觀測(cè)。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知：在5#鉆場覆蓋區(qū)域，工作面隅角瓦斯?jié)舛仍?.35%～0.48%之間；在6#鉆場覆蓋區(qū)域，工作面上隅角瓦斯?jié)舛仍?.25%～ 0.35%之間。對(duì)比分析可知，通過對(duì)高位鉆孔參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，工作面采空區(qū)瓦斯治理效果明顯，上隅角瓦斯涌出量減少，瓦斯?jié)舛让黠@降低。

5 結(jié)論

（1）高位鉆孔的終孔位置對(duì)抽采效果影響較大，通過分析目前高位鉆孔抽采效果，結(jié)合理論和礦壓觀測(cè)分析，綜合確定趙莊二號(hào)井高位鉆孔的終孔位置在工作面頂板上方23～32 m之間，水平方向距工作面回風(fēng)巷8～35 m。

（2）通過現(xiàn)場試驗(yàn)觀測(cè)，優(yōu)化后高位鉆孔的平均抽放流量、平均抽放純瓦斯量和抽放瓦斯?jié)舛染写蠓岣?，同時(shí)工作面上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.3%左右，取得了良好的治理效果。