摘 要：本論文以五虎山煤礦的瓦斯治理為研究對(duì)象，對(duì)16#煤層某綜采工作面高位鉆孔抽采參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高瓦斯抽采效率，為類似煤礦的瓦斯治理研究提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)，確保煤礦安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：高位鉆孔；瓦斯抽采；參數(shù)優(yōu)化

一、 前言

我國(guó)煤炭資源豐富，煤炭在我國(guó)一次性能源消耗結(jié)構(gòu)中所占的比例，長(zhǎng)期以來(lái)保持在70%左右，2017年全國(guó)原煤產(chǎn)量約35億噸，接近世界的一半。

瓦斯是在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，從煤層、巖層內(nèi)涌出的以CH4為主的各種有毒有害氣體的總稱。瓦斯是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅、無(wú)毒的氣體，比空氣輕，對(duì)空氣的相對(duì)密度為0.554，瓦斯密度為0.716kg/m3，瓦斯的滲透性很強(qiáng)，不易溶于水，主要成分是甲烷，還含有少量乙烷、丙烷等其他烴類，另外還含有二氧化碳和稀有氣體。瓦斯主要以兩種狀態(tài)存在于煤體或圍巖中，一種叫游離狀態(tài)，一種叫吸附狀態(tài)。

隨著煤礦開(kāi)采地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，煤礦開(kāi)采深度不斷增大，煤層瓦斯含量亦逐漸增大，采掘工作面瓦斯涌出量越來(lái)越大。特別是大型綜采礦井，由于采掘工作面布置多、生產(chǎn)集中、采掘速度快，使采煤工作面經(jīng)常有大量瓦斯涌出并積聚，易引發(fā)瓦斯事故。積聚在采空區(qū)頂板裂隙帶的瓦斯量非常大，解決工作面采空區(qū)頂板裂隙帶瓦斯超限的一項(xiàng)重要措施就是高位鉆孔抽放瓦斯。在井下通風(fēng)壓力變化時(shí)采空區(qū)瓦斯容易流動(dòng)到采煤工作面頂部上隅角，造成工作面上隅角瓦斯超限。進(jìn)行高位鉆孔的抽放參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)工作，可以有效解決這一問(wèn)題。

二、 高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)原理

高位鉆孔瓦斯抽放就是以工作面頂板裂隙通道來(lái)抽放上隅角及工作面煤壁涌出的瓦斯，又稱頂板裂隙帶抽放。煤層隨工作面回采時(shí)，根據(jù)礦山壓力規(guī)律，在工作面垂直方向上形成冒落帶、裂隙帶和變曲下沉帶的采動(dòng)壓力場(chǎng)（見(jiàn)圖1）。瓦斯在裂隙帶釋放并流動(dòng)。通過(guò)高位鉆孔瓦斯抽放本煤層釋放的大量瓦斯。

三、 五虎山煤礦16#煤層冒落帶和裂隙帶的估算

高位鉆孔瓦斯抽放時(shí)，為了比較準(zhǔn)確地確定瓦斯抽放鉆孔層位，提高瓦斯抽放效果，高位鉆孔最終孔位位于裂隙帶下部1/3內(nèi)，因此需要確定16#煤層冒落帶和裂隙帶的高度。五虎山煤礦16#煤層冒落帶和裂隙帶的高度按下式進(jìn)行估算：

（一） 冒落帶高度：

（二） 裂隙帶高度

四、 目前工作面瓦斯抽采高位鉆孔布置方法

在開(kāi)采煤層群條件下，鄰近層、煤柱和工作面的丟煤都會(huì)向采空區(qū)涌出瓦斯。鄰近層瓦斯在開(kāi)采過(guò)程中和采完密閉后都向工作面有瓦斯涌出。與本煤層預(yù)抽瓦斯相比，鄰近層抽采的特點(diǎn)是抽采量較大，但瓦斯抽采濃度相對(duì)較低，其瓦斯抽采量的大小取決于鄰近層瓦斯涌出量的大小。工作面在開(kāi)采過(guò)程中主要的鄰近層瓦斯涌出為15#煤層瓦斯涌出。通過(guò)抽采負(fù)壓作用可以有效解決工作面采空區(qū)瓦斯涌出引起的上隅角瓦斯超限的問(wèn)題。具體抽采方法：以回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷作為高位鉆場(chǎng)，抽放方向與回風(fēng)順槽平行，沿煤層走向抽放，每個(gè)鉆場(chǎng)布置5個(gè)鉆孔。第一個(gè)鉆孔距回風(fēng)順槽下幫4米布置，其他鉆孔間距8米。

五、 工作面高位鉆孔參數(shù)優(yōu)化研究

（一） 工作面高位鉆孔參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)鉆孔的布置

本次試驗(yàn)共進(jìn)行了兩個(gè)鉆場(chǎng)十個(gè)鉆孔，兩個(gè)鉆場(chǎng)間隔20m左右。

Ⅰ 鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)五個(gè)高位鉆孔，以回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷作為高位鉆場(chǎng)，抽放半徑平行回風(fēng)順槽下幫40m位置，鉆孔長(zhǎng)度400m，第一個(gè)鉆孔距回風(fēng)順槽下幫4m布置，其他鉆孔間距8m。分兩層布置，終孔布置為7m層位和12m層位，兩層在平面內(nèi)錯(cuò)布置。

封孔工藝：鉆孔采用聚氨脂封孔，封孔深度6m，封孔段長(zhǎng)度2m，孔口用水泥砂漿固孔。封孔管為直徑Φ50mm阻燃抗靜電塑料管，再用Φ65mm的鋼絲骨架膠管連接到抽放支管上，最后到達(dá)地面泵房。

鉆孔布置圖見(jiàn)圖2。

（二） 高位抽放鉆場(chǎng)鉆孔參數(shù)優(yōu)化

Ⅱ鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)根據(jù)Ⅰ鉆場(chǎng)的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，同樣施工了五個(gè)鉆孔（分別為主孔、2-1～2-4孔）。開(kāi)孔直徑153mm，終孔直徑96mm，開(kāi)孔方位140.3度。封孔管采用內(nèi)徑Φ102mm，2米長(zhǎng)防靜電阻燃PVC管4根進(jìn)行插接，封孔長(zhǎng)度為10m。分三層布置，終孔布置為8 m層位、12m層位和15m層位，三層在平面內(nèi)錯(cuò)布置。

（三） 高位抽放試驗(yàn)效果考察

為考察高位抽放試驗(yàn)效果，進(jìn)行了為期約60天的連續(xù)觀測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1

六、 結(jié)論

經(jīng)過(guò)高位鉆孔抽放瓦斯試驗(yàn)后，兩個(gè)鉆場(chǎng)瓦斯抽放效率不同，其中Ⅱ鉆場(chǎng)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，抽放效率明顯高于Ⅰ鉆場(chǎng)，Ⅱ鉆場(chǎng)抽放試驗(yàn)期間基本杜絕了瓦斯超限和積聚現(xiàn)象，對(duì)防止上隅角瓦斯超限效果尤為明顯。究其原因，主要有以下兩點(diǎn)：

（一） Ⅱ鉆場(chǎng)鉆孔終孔位置布置層位比較合理，終孔位置處于8-15m之間，最終孔位正位于裂隙帶下部1/3內(nèi)，能夠比較有效地抽采采空區(qū)和鄰近層瓦斯，抽采效率高；而抽采鉆孔處于Ⅰ鉆場(chǎng)時(shí)，由于其終孔位置處于7-12m之間，鉆孔層位較低，抽采效率較差。

（二） Ⅱ鉆場(chǎng)鉆孔封孔長(zhǎng)度較長(zhǎng)，封孔技術(shù)較為先進(jìn)，提高了抽采效率。

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作者簡(jiǎn)介：孫有明，內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市，烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)工程系。