王 磊

（山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司王莊煤礦）

煤礦開采中，上隅角為瓦斯最易積聚的位置之一。工程實踐中，高抽巷和頂板高位鉆孔是治理上隅角瓦斯超限的有效方法，其中，頂板高位鉆孔具有施工成本低、穩(wěn)定性好、有效孔段長等特點。隨著煤礦井下定向鉆進技術(shù)與裝備發(fā)展，頂板高位定向鉆孔治理上隅角瓦斯技術(shù)逐漸受到重視，在一些礦區(qū)進行現(xiàn)場試驗，但目前缺少抽采效果方面的對比與分析。

隨著我國煤礦安全高效瓦斯治理技術(shù)的全面推廣，定向長鉆孔技術(shù)施工周期短，抽采地點控制精準(zhǔn)，已逐步成為礦井瓦斯防治的重要手段［1-7］，因此，本文通過在高瓦斯工作面布置大直徑高位定向長鉆孔，根據(jù)實際瓦斯抽采量判定瓦斯抽采的效果，從而為其他類似綜采工作面回風(fēng)上隅角瓦斯治理提供實踐經(jīng)驗和借鑒，具有一定的實際意義。

1 工程背景

王莊煤礦8105工作面煤種為貧煤，屬高瓦斯低滲透煤層，煤層埋藏深度300～400 m，位于潞安礦區(qū)3#煤層，煤層傾角在1°～6°，平均為5°，工作面煤層厚度平均為6 m，8105工作面煤層瓦斯含量最大值為5.3 m3/t，殘存瓦斯含量為2.36 m3/t，工作面可采儲量為78.3萬t。在工作面回采至100 m時，高抽巷垮塌，導(dǎo)致無法進行采空區(qū)瓦斯治理，開始試驗大直徑高位定向鉆孔替代高抽巷治理工作面回采期間瓦斯。

高位鉆孔是在回風(fēng)巷及工作面鄰近巷道向煤層頂板施工的鉆孔，其特點是以工作面采動壓力形成的頂板裂隙作為通道來抽采工作面采空區(qū)及上隅角積聚的瓦斯［8］。隨著工作面回采，在工作面周圍將形成一個采動壓力場，采動壓力場及其影響范圍在垂直方向上形成3個帶，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。在水平方向上形成3個區(qū)，即煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)和重新壓實區(qū)。在這個采動壓力場中形成的裂隙空間，便成為瓦斯流動的通道。通過高位鉆孔內(nèi)的抽放負壓，加速了瓦斯的流動，從而可通過鉆孔抽出高濃度的瓦斯，另外鉆孔布置在裂隙帶，受采動影響較小，不易破壞，便于長期抽采。

2 大直徑高位定向長鉆孔設(shè)計施工

2.1 鉆孔終孔高度的確定

根據(jù)前期試驗分析，3#煤層瓦斯抽采鉆孔的有效抽采半徑為6 m左右，因此，每個鉆孔間距設(shè)置為6 m。冒落帶和斷裂帶的理論高度計算如下。

（1）冒落帶高度H1計算公式為

式中，m為工作采高，取6 m；k0為垮落巖石的殘余碎脹系數(shù)，取1.4；α為煤層傾角，取5°。

計算得出冒落帶高度為15 m左右。

（2）斷裂帶高度H2計算公式為

計算得出斷裂帶高度為45 m左右。因此，采空區(qū)上覆巖層裂隙帶范圍為3#煤層頂板以上15～45 m。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際，為了降低回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛?，確定大直徑高位鉆孔層位控制在3#煤層頂板以上30 m左右。

2.2 施工地點

8105工作面共計布置1個定向高位孔鉆場，即1#千米鉆場。1#千米鉆孔位于8105風(fēng)巷靠工作面幫，鉆孔距聯(lián)巷口190 m（即風(fēng)3導(dǎo)線點向前53.84 m）。嚴格按照設(shè)計規(guī)定的地點選擇鉆場位置，并開掘?qū)ｉT鉆場，鉆場長7 m，深5 m，高3 m。

2.3 鉆場設(shè)計

王莊礦8105工作面定向鉆場設(shè)計施工7個大孔徑定向高位鉆孔，孔徑為203 mm，孔深為303～315 m，鉆孔間距為6 m，覆蓋8105風(fēng)巷向工作面?zhèn)?～48 m，層位控制在3#煤層頂板以上25～36 m。圖1為8105風(fēng)巷定向高位鉆孔鉆場位置示意圖。7個鉆孔設(shè)計總進尺2 049 m，鉆孔施工周期為75 d。

2.4 鉆孔施工

定向高位鉆孔施工區(qū)域頂板壓力較大，根據(jù)鉆孔實際施工情況，后期考慮下設(shè)護孔篩管，保證抽采效果。

鉆孔施工區(qū)域0～214 m煤層為下行，214 m以后煤層上行，為避免鉆孔在214 m時積水影響抽采效果，鉆孔在中間段不考慮平行于3#煤層。

另外，在施工4#～8#鉆孔時要穿過8105高抽巷，鉆孔在施工時要嚴格按照設(shè)計施工，避開高抽巷、頂錨索及壓力影響區(qū)域，保證成孔。定向高位鉆孔施工具體參數(shù)見表1。

3 瓦斯抽采效果分析

3.1 大直徑高位定向長鉆孔瓦斯抽采分析

8105工作面風(fēng)巷1#鉆場共計施工7個鉆孔，鉆孔覆蓋風(fēng)巷工作面一側(cè)24.2 m，定向鉆孔接抽后，各定向鉆孔受其布置層位和所在層位開采裂隙的影響，在工作面回采初期未進入裂隙發(fā)育區(qū)，瓦斯含量少，抽采效果不明顯。隨著工作面的不斷推進，各鉆孔平均瓦斯抽采純量和抽采總混量開始增大，鉆孔抽采瓦斯?jié)舛乳_始下降，各定向鉆孔抽采參數(shù)詳見表2。

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由表2可知，鉆孔抽采期間平均純量為4.3 m3/min，鉆孔平均抽采濃度為11.1%，瓦斯抽采總混量為48.8 m3/min，當(dāng)日鉆孔平均瓦斯抽采濃度為11.7%。1#、2#和4#定向鉆孔平均抽采純量較低，抽采效果較差，結(jié)合其實際施工參數(shù)判斷，工作面推進時頂板未垮落至鉆孔區(qū)域，且鉆孔施工層位較高，因而抽采效果較差。而5#、6#、補1#定向鉆孔間存在裂隙導(dǎo)通的現(xiàn)象，且鉆孔層位位于裂隙帶中下部，因而抽采效果有一定程度的提升。圖2為王莊煤礦8105風(fēng)巷1#鉆場3#定向鉆孔瓦斯抽采參數(shù)。

3.2 工作面上隅角瓦斯?jié)舛确治?/h3>

圖3為8105工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸兓€?？芍?，定向鉆孔接抽后，8105工作面上隅角瓦斯?jié)舛鹊玫搅擞行У目刂?，上隅角瓦斯?jié)舛日w呈下降趨勢，因工作面回采期間每日產(chǎn)量不同，故上隅角瓦斯?jié)舛纫灿幸欢ǖ淖兓?，但上隅角瓦斯?jié)舛茸畲笾滴催_到0.8%，確保了工作面安全回采。

3.3 綜合抽采分析

綜上所述，8105工作面風(fēng)巷3#、6#定向鉆孔瓦斯抽采效果較好。3#鉆孔內(nèi)錯于8105風(fēng)巷11.4 m，層位為煤層頂板以上21.3 m，根據(jù)抽采效果可知，鉆孔位于裂隙帶下部。6#鉆孔內(nèi)錯于8105風(fēng)巷24.2 m，層位為煤層頂板以上29.2 m，結(jié)合抽采效果可知，鉆孔位于裂隙帶中上部，整體抽采效果較好，但由于鉆場較小，鉆機擺放不便，施工6#鉆孔兩側(cè)的2個孔時與6#鉆孔發(fā)生穿孔現(xiàn)象，致使6#鉆孔抽采效果變差。從整體抽采效果看，定向鉆孔對上隅角瓦斯起到了較好的控制效果，回采期間上隅角瓦斯?jié)舛任闯霈F(xiàn)超限現(xiàn)象，確保了工作面安全回采。

4 結(jié)論

（1）8105工作面定向鉆孔接抽后，初始時鉆孔瓦斯?jié)舛认鄬^高，隨著工作面的不斷推進，鉆孔抽采瓦斯?jié)舛乳_始下降，但是鉆孔的抽采混量呈現(xiàn)增大的趨勢，鉆孔抽采期間平均純量為4.3 m3/min，鉆孔平均抽采濃度為11.1%。

（2）王莊煤礦8105工作面抽采應(yīng)用表明，大直徑高位定向長鉆孔抽采上隅角瓦斯持續(xù)時間長，抽采瓦斯純量穩(wěn)定，有效解決了綜放工作面上隅角瓦斯超限難題。

（3）王莊煤礦在工作面上隅角瓦斯治理過程中，通過對高位鉆孔參數(shù)不斷摸索，科學(xué)分析，優(yōu)化完善，為其他類似綜采工作面回風(fēng)上隅角瓦斯治理提供了豐富的實踐經(jīng)驗和借鑒，具有推廣價值。