沈小青

（1.安徽理工大學能源與安全學院，安徽 淮南232001；2.安徽金黃莊礦業(yè)有限公司，安徽 宿州235200）

0 引言

長期以來，瓦斯災害一直影響著煤礦的安全生產(chǎn)，尤其在高瓦斯礦井，瓦斯治理不僅成本高而且常常因為不能及時與原煤生產(chǎn)工作相銜接制約著煤礦的生產(chǎn)[1]。如何實現(xiàn)煤與瓦斯的安全高效回采，既能提高經(jīng)濟效益又能保護環(huán)境，是煤礦從業(yè)人員一直奮斗的目標[2]。大孔徑頂板鉆孔抽采技術(shù)有效地采空區(qū)瓦斯流場，減弱了采空區(qū)瓦斯涌出強度，具有抽采瓦斯?jié)舛雀?，抽采系統(tǒng)運行費用低，綜合治理效果好，且經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)勢[3-4]。

1 試驗工作面概況

潘三礦1311（3）工作面西一采區(qū)首采工作面煤層為11-2煤層，上覆煤層為11-3煤層，厚度為0.6m，兩煤層間距約為0.8m。11-2煤層傾向長度為253m,走向長度為2150m,傾角為0～6°，可采煤厚平均約為3.2m,平均瓦斯含量約為5.62～6.64m3/min。工作面采用傾斜長壁采煤法，一次性采全高，頂板采用全部垮落法管理。該工作面于2007年12月26日投產(chǎn)，設計日產(chǎn)煤量7272t，回采期間本煤層的瓦斯涌出量為45.47m3/min，鄰近煤層的瓦斯涌出量為12.02m3/min。工作面采用大孔徑頂板走向長鉆孔替代高抽巷抽采瓦斯，工作面正常推進時平均日產(chǎn)8000t。工作面采用“U”型通風，配風量2750m3/min，風排瓦斯量15m3/min，正常情況下頂板走向長鉆孔和巷幫高位鉆孔共抽采瓦斯22.1m3/min，采空區(qū)埋管瓦斯抽采量為7.5m3/min，順層鉆孔抽采瓦斯量為0.86m3/min，抽采率67.0%，回風流瓦斯抽采濃度0.55%。

2 大孔徑長鉆孔布置及施工

2.1 高位鉆場、鉆孔布置

2.1.1 高位鉆場布置情況

在1311（3）軌道順槽中，總共布置了5個高位鉆場，其間距各不相同，1#高位鉆場距開切眼605m位置，而1#、2#、3#、4#和5#鉆場的距離分別為215m、276m、278m和470m如圖1所示。1#、2#、3#、4#鉆場從軌道順槽下開窩，采用29U型棚支護型式，設計斷面為3.2m×3.25m，穿層鉆孔直至11-3煤層頂板。5#高位鉆場從1311（3）軌順聯(lián)巷開窩，采用錨噴支護型式，設計斷面8.0m×3.25m，長10m，施工至11-2煤層頂板垂高12m后施工平巷。

2.1.2 大孔徑長鉆孔的布置

5#高位鉆場起初設計為9個鉆孔，為優(yōu)化抽采效果實際施工11個鉆孔，布置成扇形分布，終孔至11-2煤層頂板25～35m位置處，各鉆孔與軌道順槽水平投影的距離0～60m不等，設計孔深500～520m，開孔徑133mm，擴孔孔徑為φ153mm、φ193mm，其中選擇7#全程擴孔至φ193mm鉆孔壓茬距大于40m。

2.2 鉆孔成孔情況

5#高位鉆場共施工完成11個鉆孔，開孔孔徑為113mm或133mm，擴孔孔徑為133mm或153mm，擴孔深度134mm～542mm，孔內(nèi)全程下φ108mm鋼質(zhì)花套管護孔。封孔材料為聚氨脂，護孔套管采用4寸花管，封孔套管采用5寸鐵管，封孔管為直徑125mm，封孔長度10m，每個孔下φ108mm的花套管均在200m以上。

3 5#鉆場抽采效果分析

抽采管路為：孔口φ150mm抽采管→φ420mm匯流管→φ426mm三通→軌道順槽φ450mmPE管→φ630mm抽采干管→地面泵站（2BEF72-300型抽采泵）。5#高位鉆場在連接支管上安裝孔板流量計進行考察，考察的單孔最大瓦斯抽采量3m3/min，目前鉆場抽采負壓40kPa,抽采瓦斯混合量51.5m3/min,瓦斯抽采濃度為50.6%,瓦斯抽采的純流量26.2m3/min。

4 效果分析

與傳統(tǒng)的高抽巷抽采瓦斯的施工量大、成本高、時間長相比，頂板走向鉆孔在能保證瓦斯治理效果的基礎之上，同時又能兼顧成本低、高效率、高效益的特點。因此，在礦井瓦斯治理中得到了廣泛的應用。

4.1 瓦斯治理效果

（1）瓦斯抽采量大、抽采率高。1311（3）工作面總抽采瓦斯量為34.46m3/min，抽采率達到75.8%。5#鉆場瓦斯抽采量為26.2m3/min，抽采率達57.4%。

（2）安全、日煤產(chǎn)量高。工作面采用頂板走向鉆孔后，平均日產(chǎn)原煤8000t，保產(chǎn)能力可達10000t/日，且期間從未發(fā)生瓦斯超限。

（3）具有可行性。鑒于1311（3）工作面絕對涌出量小于50m3/min，采用大孔徑頂板走向長鉆孔替代高抽巷治理瓦斯是可行的。

4.2 效率比較

高抽巷與煤巷掘進同期施工，由于施工量大，用時需要13個月，比工作面貫通晚4個月。而采用大孔徑頂板走向鉆孔技術(shù)后，用時大大縮短，2個月內(nèi)可完成鉆場和鉆孔的作業(yè)，同時，由于鉆場施工簡便，即可與采煤平行施工，有可分段單獨施工，生產(chǎn)效率得到進一步提高。

5 結(jié)論

大孔徑頂板走向鉆孔可有效地節(jié)省掘進巷道的時間和降低工人的勞動強度，降低煤炭的生產(chǎn)成本，提高了煤礦的經(jīng)濟效益，同時可以保證礦井的瓦斯抽放量，使煤礦瓦斯變廢為寶，實現(xiàn)了煤與瓦斯的高效安全回采，為進行瓦斯的綜合利用創(chuàng)造了條件。

隨著鉆具的不斷優(yōu)化和鉆進工藝的不斷創(chuàng)新,大孔徑長鉆孔治理瓦斯的方法更加體現(xiàn)其優(yōu)越性,這次5#高位鉆場的11個抽采孔主要有以下幾個特點:

1）抽采最大化

（1）大孔徑擴孔。在5#高位鉆場的11個鉆孔中有7個φ133mm和4個φ153mm全程擴孔，并且試驗了一個φ193mm擴孔，擴孔長度為320m。

（2）大孔徑封孔抽采。封孔管全部使用5寸鐵管，孔口用6寸軟管連接到φ426mm匯流管，再由φ426mm干管直接進鉆場。

（3）高負壓抽采。鉆場抽采負壓達到40kPa，瓦斯抽采混合流量51.5m3/min，抽采濃度50.4%，瓦斯抽采純流量26.2m3/min。

2）鉆場布置合理化

（1）考慮到長鉆孔盡可能不穿過大斷層，因此在1311（3）工作面軌道順槽300～500m之間，合理的布置了5個高位鉆場。

（2）為方便施工，考慮到長鉆孔盡可能是2～5°的上山孔。因此將鉆場均布置在11-2煤層頂板5～15m處。

（3）為使開鉆方便和鉆孔布置均勻，鉆場采用15m×5m×3m，以確保ZDY-10000S鉆機能夠正常的工作。

［1］陳健,張宏鈞,范偉.大孔徑長鉆孔瓦斯抽放技術(shù)與裝備的應用[J].煤礦安全,2004,35(4):12-15.

［2］趙耀江,謝生榮,溫百根,郭海東,袁勝軍.高瓦斯煤層群頂板大孔徑千米鉆孔抽采技術(shù)[J].煤炭學報,2009,34(6):797-801.

［3］蘇銀泰.大孔徑頂板鉆孔替代高抽巷抽采瓦斯技術(shù)[J].能源技術(shù)與管理,2012,3:74-75.