厲洪衛(wèi)，楊建峰

頂板高位鉆孔在10801綜采工作面瓦斯治理中的應(yīng)用

厲洪衛(wèi)，楊建峰

（黔西縣花溪鄉(xiāng)耳海煤礦，貴州 畢節(jié) 551515）

頂板高位鉆孔是進(jìn)行上隅角瓦斯治理的關(guān)鍵技術(shù)措施。針對(duì)耳海煤礦頂板裂隙瓦斯治理需要，闡述了頂板高位鉆孔的技術(shù)原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。基于“三帶”理論綜合確定了高位定向鉆孔的層位，并優(yōu)化了鉆進(jìn)工藝參數(shù)。在耳海煤礦10801工作面完成9組頂板高位定向鉆孔的施工，單孔最大瓦斯純流量達(dá)到6.804 m3/min，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到78%，有效地保證了工作面的安全回采。通過(guò)闡述耳海煤礦地質(zhì)概況，根據(jù)頂板高位鉆孔瓦斯抽采機(jī)理，給出了頂板高位鉆孔施工措施，分析了瓦斯抽采效果。

高位鉆孔；層位；瓦斯抽采；成孔工藝

隨著采煤工作面的不斷推進(jìn)，工作面頂板巖層不斷移動(dòng)破壞，在垂直方向上從下往上形成冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。根據(jù)上覆巖層移動(dòng)規(guī)律和瓦斯流動(dòng)規(guī)律，裂隙帶是臨近層瓦斯和冒落區(qū)瓦斯的主要聚集區(qū)，有大量的高濃度瓦斯，同時(shí)裂隙充分發(fā)育，是抽放瓦斯的最佳層位。煤層開(kāi)采后，頂板巖石的裂隙及離層的分布狀態(tài)將對(duì)瓦斯的流動(dòng)產(chǎn)生重大影響，離層裂隙既是瓦斯積聚的空間，也是瓦斯流動(dòng)的通道。

高位鉆孔就是在綜采工作面回風(fēng)巷頂板向煤層頂板施工的鉆孔，高位孔瓦斯抽放就是利用工作面回采采動(dòng)壓力形成的離層裂隙作為通道來(lái)抽放釋放的瓦斯。在抽采負(fù)壓的作用下，瓦斯沿著裂隙流到抽采管路中，通過(guò)抽采管路直接抽至地面瓦斯發(fā)電站進(jìn)氣管路中。為加強(qiáng)采空區(qū)瓦斯的治理力度，防止上隅角及采面回風(fēng)巷瓦斯超限，自2019-01起在10801回風(fēng)巷施工高位孔，每30 m施工一組，后一組和前一組疊合10 m距離，具體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 10801回風(fēng)巷高位孔施工設(shè)計(jì)

1 耳海煤礦地質(zhì)概況

礦井采用斜井開(kāi)拓，中央并列式通風(fēng)，工作面采煤方法為傾斜長(zhǎng)壁后退式，全部垮落法管理頂板，采煤工藝為綜采。可采煤層2層，分別為C8、C10，煤層傾角2～10°，平均8°，為煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性礦井。C8煤層自燃傾向性為Ⅲ類（不易自燃），無(wú)煤塵爆炸性；地溫正常，無(wú)沖擊地壓；主要可采煤層頂板巖性為粉砂巖、局部為泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖，直接底板為泥巖，底、頂板穩(wěn)定性中等；井田構(gòu)造復(fù)雜程度為中等，礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度為復(fù)雜類型。按照《煤礦防治水細(xì)則》進(jìn)行水文地質(zhì)類型劃分，開(kāi)采C8、C10煤層時(shí)期為中等類型，按相關(guān)報(bào)告資料最大值，正常涌水量為221.3 m3/h，最大涌水量為553.4 m3/h。從礦井建設(shè)至今實(shí)際觀測(cè)值（含正常施鉆及防塵用水約25 m3/h）正常涌水量為45 m3/h左右，最大涌水量為89.5 m3/h。

根據(jù)本礦井開(kāi)采煤層的賦存條件，選用C8煤層為開(kāi)采保護(hù)層，被保護(hù)層為C10煤層；采用全部垮落法管理頂板。10801面初采以來(lái)，耳海煤礦主要采用采空區(qū)埋管抽采上隅角瓦斯，治理效果不甚理想。

2 頂板高位鉆孔瓦斯抽采機(jī)理

工作面回采后，頂板上覆巖層由于應(yīng)力平衡破壞自下而上形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，而裂隙帶成為卸壓瓦斯運(yùn)移和存儲(chǔ)的主要場(chǎng)所。

隨著工作面推進(jìn)，采空區(qū)中部覆巖逐漸冒落壓實(shí)，而在采空區(qū)的四周覆巖裂隙帶內(nèi)形成“O”形圈，且伴隨整個(gè)工作面回采過(guò)程而向前移動(dòng)。開(kāi)采C8煤層時(shí)，其上鄰近層C5煤層的卸壓瓦斯將涌向采煤工作面及采空區(qū)，因此設(shè)計(jì)采用高位鉆孔“攔截”抽采上鄰近層煤層卸壓瓦斯，該方法又稱作頂板裂隙帶抽采，是以頂板裂隙作為通道來(lái)抽采上部鄰近層及上隅角涌出的瓦斯，并使采空區(qū)氣體向工作面后方流動(dòng)，以此治理工作面采空區(qū)瓦斯涌出及上隅角瓦斯超限問(wèn)題。

3 頂板高位鉆孔施工

3.1 鉆孔層位的選擇

頂板高位鉆孔層位的優(yōu)選是進(jìn)行高效瓦斯抽采的技術(shù)關(guān)鍵，首先保證鉆孔軌跡在“O”形圈內(nèi)有效延伸；具體方法為：在采煤工作面回風(fēng)巷內(nèi)每隔30 m施工一組高位鉆孔，孔徑94 mm，鉆孔數(shù)量5～8個(gè)，鉆孔迎著工作面推進(jìn)方向向工作面頂板施工，鉆孔的終孔位置位于工作面上方約10～20 m范圍內(nèi)（具體終孔位置要在考察工作面后方頂板裂隙帶高度的基礎(chǔ)上確定），鉆孔成扇形布置。

3.2 成孔工藝技術(shù)

高位孔施工時(shí)先用φ94 mm鉆頭施工到位，然后再換φ150 mm鉆頭擴(kuò)孔（開(kāi)孔直徑、終孔直徑均為150 mm）；封孔管使用φ108 mm鋼管，封5 m（兩堵一注工藝），最前端加工1.0 m篩孔（篩孔直徑10 mm，均布布置，篩孔數(shù)量不少于120個(gè)）。

3.3 高位孔連接方式

利用最近的高負(fù)壓φ325 mm變?chǔ)?00 mm三通，用φ200 mm抽放軟管與高位孔集流器連接。

4 瓦斯抽采效果分析

鉆孔施工完成后，即開(kāi)始連接瓦斯負(fù)壓抽放管路進(jìn)行連抽。隨著10801綜采工作面的推進(jìn)，各高位鉆孔瓦斯?jié)舛扰c純流量都經(jīng)歷了上升、穩(wěn)定、下降三個(gè)時(shí)期：①上升期。煤層頂板以上采動(dòng)裂隙發(fā)育程度低，采空區(qū)中部頂板覆巖首先冒落，采空區(qū)兩側(cè)的導(dǎo)氣裂隙帶發(fā)育滯后于采空區(qū)中部導(dǎo)氣裂隙帶的發(fā)育，因而先期瓦斯?jié)舛群屯咚辜兞髁枯^低。②穩(wěn)定期。隨著工作面的推進(jìn)，頂板覆巖周期性冒落，受工作面采動(dòng)效應(yīng)影響，采空區(qū)兩側(cè)的導(dǎo)氣裂隙帶向上發(fā)展，頂板覆巖裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展貫通，構(gòu)成瓦斯運(yùn)移和存儲(chǔ)的主要通道和場(chǎng)所，因而能保證高濃度、大流量瓦斯抽采效果。③下降期。當(dāng)工作面推進(jìn)過(guò)鉆孔孔底時(shí)，采空區(qū)冒落覆巖裂隙閉合，逐漸趨于壓實(shí)狀態(tài)，孔口負(fù)壓對(duì)卸壓瓦斯的影響減小，因而鉆孔瓦斯?jié)舛群图兞髁恐鸩浇档汀?/p>

5 結(jié)論

采空區(qū)瓦斯使用高位孔抽放后，達(dá)到的效果如下：①10801面上隅角、10801面、10801面回風(fēng)瓦斯在工作面生產(chǎn)過(guò)程中均控制在0.3%以下；②杜絕了上隅角瓦斯超限現(xiàn)象（包括采煤工作面周期來(lái)壓期間），保證了采煤工作面生產(chǎn)的連續(xù)性；③未采用高位孔抽放瓦斯之前，需開(kāi)2臺(tái)低負(fù)壓泵，采用后只需開(kāi)1臺(tái)低瓦斯泵，節(jié)省了電費(fèi)；④高位鉆孔采用高負(fù)壓抽采后，高負(fù)壓主管濃度由10%提高至15%，高負(fù)壓管路內(nèi)的瓦斯全部進(jìn)入瓦斯發(fā)電站發(fā)電，提高了發(fā)電量，增加了經(jīng)濟(jì)效益；⑤工作面回采期間，抽采瓦斯?jié)舛雀摺⒘髁看?，上隅角瓦斯?jié)舛缺３衷谂R界值以下，有效保證了工作面安全回采，同時(shí)也驗(yàn)證了頂板高位鉆孔在耳海煤礦瓦斯治理中的優(yōu)勢(shì)。

［1］袁亮.卸壓開(kāi)采抽采瓦斯理論及煤與瓦斯共采技術(shù)體系［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2009，34（1）：1-8.

［2］李春元，張勇，李佳，等.采空區(qū)瓦斯宏觀流動(dòng)通道的高位鉆孔抽采技術(shù)［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2017，34（2）：391-397.

［3］孫榮軍，李泉新，方俊，等.采空區(qū)瓦斯抽采高位鉆孔施工技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2017（1）：94-99，213.

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TD712.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.074

2095－6835（2019）14－0160－02

〔編輯：王霞〕