史 建 閆 波 劉亮亮

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

1 工程概況

1.1 地質(zhì)情況

趙莊二號(hào)井2312 回采工作面開采3 號(hào)煤層，煤層含1～2 層夾矸，細(xì)～中條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，屬半亮～光亮型煤。煤層厚度平均4.5 m，煤層傾角平均1°?；卷敒橹辛Ｉ皫r，厚度為14.2 m；直接頂為粉砂巖，厚度為6 m；偽頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為0.78 m。2312 工作面傾斜長(zhǎng)160 m，走向長(zhǎng)600 m，采用綜放開采，機(jī)采高度為2.4 m，放頂煤高度為2.1 m，采用一進(jìn)一回“U”型通風(fēng)方式。根據(jù)2020 年礦井瓦斯測(cè)定數(shù)據(jù)，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為14.43 m3/min，回采工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為7.05 m3/min，掘進(jìn)工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.77 m3/min，趙莊二號(hào)井瓦斯等級(jí)鑒定為高瓦斯礦井。2312 工作面位于井田西翼盤區(qū)，所采區(qū)域瓦斯含量為4.86～5.44 m3/t，相鄰2314 工作面回采時(shí)絕對(duì)瓦斯涌出量為4.21 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為2.18 m3/t，預(yù)計(jì)該工作面瓦斯回采時(shí)絕對(duì)瓦斯涌出量在4.3～6.8 m3/min。根據(jù)三維地震資料顯示，工作面內(nèi)斷層、陷落柱較多，瓦斯含量可能發(fā)生變化。

1.2 瓦斯抽采情況

趙莊二號(hào)井回采工作面采用綜采放頂煤開采，由于端頭不放頂煤，造成采空區(qū)遺煤較多，釋放大量瓦斯。以往回采工作面采用頂板高位走向鉆孔和上隅角插管抽采技術(shù)，但是由于高位走向鉆孔層位無法控制，有效抽采距離短，存在抽采盲區(qū)，特別是在瓦斯含量較高的區(qū)域，抽采效果極不理想。2312 工作面回采區(qū)域?qū)儆诘V井瓦斯含量較高的區(qū)域，為確保工作面安全開采，試驗(yàn)高位定向長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合走向鉆孔的采空區(qū)瓦斯抽采方案，在減少普通鉆孔施工量的基礎(chǔ)上，提高鉆孔施工質(zhì)量和利用率，從而提高采空區(qū)瓦斯抽采量，減少回采工作面上隅角瓦斯涌出。

2 采空區(qū)瓦斯聯(lián)合抽采技術(shù)

2.1 鉆孔布置原則

回采工作面開采過后，直接頂巖層冒落，其上部分巖層發(fā)生破斷，之上巖層則出現(xiàn)彎曲下沉，在破斷巖層內(nèi)部會(huì)形成水平方向的離層裂隙和垂直方向的破斷穿層裂隙。自工作面切眼起，隨著工作面推采，整個(gè)工作面頂板離層裂隙不斷增大，采空區(qū)中部離層裂隙最為發(fā)育。工作面繼續(xù)推采，采空區(qū)中部巖層逐步壓實(shí)，四周巖層受周邊煤柱或?qū)嶓w煤的支撐作用，其裂隙仍然存在，該區(qū)域巖層內(nèi)水平裂隙通過穿層裂隙導(dǎo)通，采空區(qū)瓦斯會(huì)通過穿層裂隙向上部水平裂隙聚集。因此，在該區(qū)域布置水平定向長(zhǎng)鉆孔和走向鉆孔，可實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)瓦斯的高效抽采。

根據(jù)理論計(jì)算公式，回采工作面頂板裂隙帶位于工作面上部5～8 倍采高，結(jié)合趙莊二號(hào)井西翼盤區(qū)上三帶觀測(cè)數(shù)據(jù)，頂板高位抽采鉆孔的布置層位位于煤層頂板20～30 m 較為合理。根據(jù)以往工作面礦壓數(shù)據(jù)分析，頂板高位抽采鉆孔距回風(fēng)巷的水平距離為20～50 m 較為合理。

2.2 聯(lián)合抽采鉆孔布置參數(shù)

（1）高位定向長(zhǎng)鉆孔布置參數(shù)

高位定向長(zhǎng)鉆孔[5-6]需覆蓋整個(gè)工作面回采范圍內(nèi)上隅角端頭頂板，結(jié)合工作面布置情況，在2312 軌道回風(fēng)順槽與2312 回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷交叉口30 m處施工1 個(gè)抽放硐室，鉆場(chǎng)布置迎向工作面推進(jìn)方向的頂板施工5 個(gè)扇形鉆孔，從里往外依次施工，鉆孔終孔位置位于采空區(qū)上方裂隙帶內(nèi)。

5 個(gè)鉆孔分為兩排，其中第一排為1、4、5 號(hào)鉆孔，開孔高度距底板2 m，鉆孔開孔間距為0.5 m和1 m；第二排為1、2 號(hào)鉆孔，開孔高度距離底板1.5 m，開孔間距為1.5 m。1～5#鉆孔開孔與終孔位置的高差分別為23 m、20 m、23 m、32 m、35 m，鉆孔長(zhǎng)度均為564 m，鉆孔直徑均為96 mm。高位定向長(zhǎng)鉆孔布置如圖1，鉆孔參數(shù)見表1。

圖1 高位定向長(zhǎng)鉆孔布置示意圖

表1 高位定向長(zhǎng)鉆孔參數(shù)表

（2）走向鉆孔布置參數(shù)

在2312 軌道回風(fēng)順槽施工6 個(gè)抽放硐室，硐室間距為85 m，第一個(gè)抽放硐室距切眼55 m。鉆場(chǎng)布置迎向工作面推進(jìn)方向的頂板施工8 個(gè)扇形鉆孔，從里往外依次施工，鉆孔終孔位置位于采空區(qū)上方裂隙帶內(nèi)。在每個(gè)抽放硐室內(nèi)布置8 個(gè)鉆孔，分為三排，其中第一排為1、2、3 號(hào)鉆孔，開孔高度距底板1.5 m，鉆孔開孔間距為1 m，鉆孔開孔與終孔位置的高差分別為20 m，鉆孔深度為115 m；第二排為4、5、6 號(hào)鉆孔，開孔高度距底板2 m，鉆孔開孔間距為1 m，鉆孔開孔與終孔位置的高差分別為25 m，鉆孔深度為120 m；第三排為7、8號(hào)鉆孔，開孔高度位于煤層頂板處，距底板3 m，鉆孔開孔間距為0.5 m，鉆孔開孔與終孔位置的高差分別為30 m，鉆孔深度為90 m；鉆孔直徑均為94 mm；水平方向鉆孔距回風(fēng)距離控制在35 m 以內(nèi)。走向鉆孔布置圖如圖2，鉆孔參數(shù)見表2。

圖2 走向鉆孔布置示意圖

表2 走向鉆孔參數(shù)表

2.3 抽采鉆孔施工

（1）打鉆施工

頂板高位定向長(zhǎng)鉆孔采用ZYL-6000D 液壓履帶式鉆機(jī)進(jìn)行施工，配套Ф96 mm 鉆頭，5 個(gè)鉆孔共計(jì)2820 m，工期30 d。頂板高位走向鉆孔采用ZDY4200LPS 型液壓履帶式鉆機(jī)進(jìn)行施工，配套Ф94 mm 鉆頭，共計(jì)5310 m，工期30 d。

（2）鉆孔封孔

抽放鉆孔采用兩堵一注封孔方式。頂板高位定向長(zhǎng)鉆孔采用充填式帶壓封孔技術(shù)，封孔材料為膨脹水泥，孔口段采用Ф240 mm 鉆頭擴(kuò)孔9 m，封孔長(zhǎng)度8.5 m，封孔管為Ф180 mm PE 管。頂板走向鉆孔采用囊袋式帶壓封孔技術(shù)，封孔材料為普通硅酸鹽水泥，孔口段采用Ф113 mm 鉆頭擴(kuò)孔9 m，封孔長(zhǎng)度8 m，封孔管為Ф90 mm PVC 管。

3 抽采效果分析

（1）抽放純量

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到：5 個(gè)頂板高位定向長(zhǎng)鉆孔的平均抽放純瓦斯量為0.253 m3/min，頂板走向鉆孔的平均抽放純瓦斯量為0.158 m3/min。對(duì)比以往工作面瓦斯抽采情況可知，頂板走向鉆孔的平均抽放純瓦斯量基本一致，頂板高位定向長(zhǎng)鉆孔的平均純瓦斯抽采較頂板走向鉆孔提高約65%。

（2）采面隅角瓦斯?jié)舛?/p>

在2312 工作面回采期間，對(duì)工作面上隅角瓦斯含量進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，工作面隅角瓦斯?jié)舛日w平穩(wěn)，瓦斯?jié)舛绕骄?.28%。當(dāng)工作面過斷層區(qū)域時(shí)上隅角瓦斯?jié)舛容^高，達(dá)到0.42%，未超過0.5%。

4 結(jié)論

頂板定向長(zhǎng)鉆孔水平布置在工作面上隅角頂板裂隙帶，隨著工作面回采，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)瓦斯的持續(xù)穩(wěn)定抽采；同時(shí)布置頂板走向鉆孔，可對(duì)回采工作面上隅角不同高度頂板內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽采，從而實(shí)現(xiàn)工作面采空區(qū)二位一體抽采，有效降低采空區(qū)瓦斯含量，控制回采工作面上隅角瓦斯?jié)舛忍幱谳^低水平，以實(shí)現(xiàn)工作面安全開采。