蔡春城

（上海大屯能源股份有限公司孔莊煤礦，江蘇 徐州 221600）

孔莊煤礦IV1采區(qū)瓦斯賦存受8煤層影響較大，已回采過的工作面均表現(xiàn)出瓦斯涌出不均衡的特點(diǎn)。前期在工作面回采期間采用傳統(tǒng)的高位鉆孔方式抽放采空區(qū)瓦斯，但是傳統(tǒng)高位鉆孔方式在挪移鉆場時容易出現(xiàn)抽放空白期，即挪移后鉆場不能立即啟用。且受鉆孔壓茬的影響，傳統(tǒng)高位鉆孔的利用率較低，甚至不足60%。為此，研究提出了應(yīng)用定向長距離高位巖層瓦斯抽放鉆孔抽放瓦斯的技術(shù)方案，對傳統(tǒng)高位鉆孔的布置進(jìn)行了改進(jìn)，提高瓦斯治理的針對性、合理性和經(jīng)濟(jì)性。

1 采煤工作面瓦斯賦存情況

7434 綜放工作面為IV1采區(qū)西翼第二個7煤回采工作面，經(jīng)鑒定IV1采區(qū)7、8煤均為II類自燃煤層，且煤塵具有爆炸性。工作面標(biāo)高-762m～-866m，走向長1235m，設(shè)計(jì)工作面凈長197m（平距），工作面上至7432采空區(qū)，下至-860等高線，東到7434停采線，西至工業(yè)廣場保護(hù)煤柱。工作面煤層厚度3.8～4.7m，平均厚度4.19m，工作面煤層傾角在18°～25°，平均傾角23°。本工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單，材料道Y12-Y13測點(diǎn)范圍內(nèi)有夾矸，夾矸厚度0.4m，夾矸巖性為泥巖；溜子道L36點(diǎn)前25m至L37點(diǎn)前25m范圍內(nèi)有夾矸，夾矸厚度0～0.8m，巖性為泥巖，整體呈東部略厚，西部稍薄。由于IV1采區(qū)西翼8煤層存在缺失區(qū)，7434綜放工作面不同區(qū)間瓦斯涌出規(guī)律受下方出現(xiàn)8煤層賦存的影響。7煤層實(shí)測原始瓦斯含量為3.68 m3/t，8煤實(shí)測原始瓦斯含量為4m3/t。工作面回采期間瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果表明，7434綜放工作面下方8煤的賦存情況對瓦斯涌出影響較大，因此根據(jù)8煤賦存情況將工作面劃分為三個區(qū)間。如圖1所示。

區(qū)間1：位置為切眼后退611m，7煤平均厚度為4.19m，無8煤，預(yù)測瓦斯涌出量1.973m3/t；區(qū)間2：位置為8煤尖滅區(qū)至可采線，7煤平均厚度為4.19m，8煤煤厚0.8m，7、8煤間距9.6m，預(yù)測瓦斯涌出量2.165m3/t；區(qū)間3：位置為8煤尖可采線至停采線，7煤平均厚度為4.19m，8煤煤厚4.0m，7、8煤間距9.3m，預(yù)測瓦斯涌出量2.935m3/t。

圖1 7434綜放工作面各區(qū)間劃分情況

圖2 7434綜放工作面回采期間絕對瓦斯涌出量情況

由圖2可以看出，在區(qū)間1下方無8煤層區(qū)域工作面平均絕對瓦斯涌出量約為0.65m3/min，在區(qū)間2下方逐漸出現(xiàn)8煤區(qū)域工作面平均絕對瓦斯涌出量約為1.00m3/min，在區(qū)間3下方8煤達(dá)到4m的區(qū)域工作面平均絕對瓦斯涌出量約為2.00m3/min。由此可以得出工作面回采期間各區(qū)間絕對瓦斯涌出規(guī)律基本符合預(yù)測瓦斯涌出規(guī)律的特點(diǎn)，受鄰近8煤層賦存影響較大。

2 定向長距離高位巖層瓦斯抽放鉆孔設(shè)計(jì)及實(shí)施

根據(jù)工作面瓦斯抽放設(shè)計(jì)，工作面回采期間采用采空區(qū)埋管及高位鉆孔相結(jié)合的瓦斯抽放組合模式。采空區(qū)埋管瓦斯抽放系統(tǒng)運(yùn)行相對穩(wěn)定，但高位鉆孔瓦斯抽放系統(tǒng)受鉆場頻繁交錯的影響，挪移鉆場期間瓦斯抽放系統(tǒng)運(yùn)行效果相對較差，且鉆孔的有效利用率較低。為此，結(jié)合定向鉆機(jī)的特點(diǎn)，在區(qū)間3回采期間提出了施工定向長距離高位巖層瓦斯抽放鉆孔的方案。

施工采用ZYWL-6000DS雙履帶式全液壓定向鉆機(jī)，根據(jù)7434工作面冒落帶高度及本工作面已施工鉆場資料，并結(jié)合采煤工作面巷道布置條件，本次鉆孔終孔層位位于煤層頂板之上的穩(wěn)定砂巖層中，初步按照工作面采高約4～7倍計(jì)算。1#、3#和5#鉆孔控制層位為頂板以上29m的穩(wěn)定砂巖中，2#、4#和6#鉆孔控制層位為頂板以上19m的穩(wěn)定砂巖中。鉆孔進(jìn)入目標(biāo)層位鉆孔軌跡平距（距7434材料道）控制范圍為10～35m范圍。1#鉆孔平距為10m，鉆孔之間平距為5m。為防止鉆孔塌孔及方便鉆孔瓦斯抽采，鉆孔將設(shè)計(jì)沿煤層頂板穿行，終孔落在目的層位，單孔孔深設(shè)計(jì)為420m。

鉆孔開孔均使用Φ96mm鉆頭鉆進(jìn)至16m，用Φ146mm鉆頭擴(kuò)孔鉆進(jìn)至15m下Φ127mm套管15m并固結(jié)套管，套管采用雙液漿（水泥、水玻璃）固結(jié)，等凝固24h后管口安裝悶盤，做注水試驗(yàn)。注水試驗(yàn)壓力保持在1.0MPa以上，穩(wěn)定半小時后，套管不松動并且套管外壁不滲水，注水試驗(yàn)合格，套管不存在漏氣現(xiàn)象。

3 抽放效果分析

3.1 瓦斯抽放整體效果分析

隨著7434工作面逐漸進(jìn)入?yún)^(qū)間3，工作面下方8煤達(dá)到可采線范圍后，工作面瓦斯涌出量開始增加。工作面上隅角及回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛染忻黠@升高趨勢，上隅角瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)到0.53%，回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛茸罡?.31%，并且隨著工作面產(chǎn)量的增加瓦斯涌出量仍有繼續(xù)上升的趨勢。為此開啟了定向長距離高位巖層瓦斯抽放系統(tǒng)，運(yùn)行期間抽放效果如圖3所示。

圖3 抽放系統(tǒng)運(yùn)行期間相關(guān)瓦斯?jié)舛惹闆r

根據(jù)工作面推進(jìn)情況預(yù)計(jì)，抽放系統(tǒng)運(yùn)行期間對應(yīng)這一抽放效果的初始點(diǎn)為工作面至高位鉆場147m，設(shè)備開啟4h后，抽采瓦斯?jié)舛扔勺罡?.93%快速下降并逐漸穩(wěn)定在0.5%左右；上隅角瓦斯?jié)舛纫灿勺铋_始的0.5%快速下降至0.3%，并最終穩(wěn)定在0.22%左右；工作面回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛认陆邓俣认鄬^緩，由0.3%逐漸降至0.1%左右。從以上可以看出，定向長距離高位巖層瓦斯抽放系統(tǒng)運(yùn)行期間，不管是上隅角瓦斯?jié)舛冗€是工作面風(fēng)排瓦斯量均明顯降低，抽放效果較好。

3.2 長距離高位巖層鉆孔抽放效果分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證高位鉆孔運(yùn)行期間各鉆孔瓦斯?jié)舛?，?0月7日至11月29日利用CJZ7瓦斯綜合參數(shù)測定儀對鉆場單孔瓦斯、流量及負(fù)壓進(jìn)行參數(shù)采集統(tǒng)計(jì)。

圖4 鉆孔抽放期間瓦斯?jié)舛?、?fù)壓、流量變化曲線

由圖4可看出工作面回采至8煤可采區(qū)運(yùn)行瓦斯抽放系統(tǒng)后，根據(jù)采集數(shù)據(jù)可以看出1#、2#、4#鉆孔單孔流量相對穩(wěn)定，平均流量分別為5m3/min、5m3/min、4.7m3/min，抽采平均瓦斯?jié)舛?%、4.9%、5%。1#鉆孔層位在煤層頂板上方29m內(nèi)錯材料道10m，2#、4#鉆孔層位在煤層頂板上方19m內(nèi)錯材料道分別為15m和25m。該區(qū)域煤壁側(cè)裂隙發(fā)育，加之回采期間上隅角退錨落頂較好，同時隨著工作面的推進(jìn)，在工作面形成一個采動壓力場，在這個壓力場中形成了大量裂隙和空間，給瓦斯運(yùn)移和儲存提供了通道和足夠的空間，因此鉆孔連通的頂板巖層裂隙帶與采空區(qū)溝通較好，單孔抽放瓦斯?jié)舛容^高，抽放管路負(fù)壓相對穩(wěn)定。因此，1#、2#、4#三個瓦斯抽放孔比3#、5#、6#瓦斯抽放鉆孔抽采瓦斯效果好。

經(jīng)對7434回采工作面高位鉆孔瓦斯抽放效果的數(shù)據(jù)分析，1#、2#、4#鉆孔相對應(yīng)的煤層頂板層位為19～29m，平距材料道10～25m，該區(qū)間瓦斯抽放濃度在5%～6%之間，瓦斯抽放量5m3/min，瓦斯抽放量較為穩(wěn)定，可保持工作面的連續(xù)抽采。

4 結(jié)論

為進(jìn)一步提高工作面瓦斯治理針對性和瓦斯抽放效果，消除7434工作面受8煤層影響瓦斯涌出不均衡的風(fēng)險，根據(jù)工作面煤層瓦斯賦存、受8煤層影響及7434工作面瓦斯涌出情況，研究提出了定向長距離高位巖層瓦斯抽放鉆孔抽放瓦斯的技術(shù)方案。抽放系統(tǒng)運(yùn)行后工作面上隅角及回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯?jié)舛让黠@降低，瓦斯治理效果較好。從單孔瓦斯抽放運(yùn)行效果分析，終孔位置處于距煤層頂板19～29m、平距材料道10～25m區(qū)域?yàn)樽罴殉榉盼恢?，可以為今后工作面高位瓦斯抽放孔參?shù)的布置提供設(shè)計(jì)依據(jù)和瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)。