宋勇峰

（晉能控股集團(tuán)寺河煤礦，山西 晉城 048006）

0 引言

對(duì)突出煤層進(jìn)行區(qū)域防突措施的實(shí)施及區(qū)域措施效果檢驗(yàn)，是煤層進(jìn)行采掘作業(yè)前的必要工序。為達(dá)到有效消除煤層突出危險(xiǎn)性的目的，針對(duì)突出礦井普遍采用保護(hù)層開采或在煤層的底板下部施工巖石巷道以施工穿層鉆孔的預(yù)抽方法，對(duì)突出煤層進(jìn)行超前預(yù)抽采[1-2]。為了達(dá)到快速降低煤層瓦斯含量或瓦斯壓力的效果，礦井多采用加大巷道或鉆孔工程量來(lái)緩解抽掘采銜接緊張的局面，導(dǎo)致施工成本大、勞動(dòng)力浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題[3]。

國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局于2019 年下發(fā)的《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》中明確規(guī)定，可以將定向長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯作為區(qū)域防突措施來(lái)進(jìn)行實(shí)施。這也進(jìn)一步表明，我國(guó)部分礦井在應(yīng)用定向長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行區(qū)域防突措施執(zhí)行上已取得了顯著效果[4-5]。定向長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽是在已消除突出危險(xiǎn)的煤層巷道內(nèi)向存在突出危險(xiǎn)的煤層施工定向長(zhǎng)鉆孔，從而達(dá)到長(zhǎng)距離、全覆蓋、短抽采和快掘進(jìn)的瓦斯治理效果[6]。但目前針對(duì)定向長(zhǎng)鉆孔抽采技術(shù)的研究較少，基于此，本文開展定向長(zhǎng)鉆孔的瓦斯抽采技術(shù)研究。

1 千米定向鉆孔抽采施工方式

1.1 巖巷穿層定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)

在煤層下部施工的巖石巷道中，在巷道兩側(cè)每間隔50～80 m 處施工定向鉆孔，鉆孔向未掘進(jìn)的上部煤層方向鉆進(jìn)。鉆孔進(jìn)入煤層后沿著煤層走向鉆進(jìn)，鉆孔長(zhǎng)度一般保持在500～600 m。在巷道兩側(cè)一定間距施工千米定向鉆孔，可實(shí)現(xiàn)對(duì)未掘進(jìn)煤層的覆蓋超前抽采，可有效攔截瓦斯向掘進(jìn)巷道空間中滲出。鉆孔的布置圖如圖1 所示。

圖1 底板巖石巷道定向長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽

1.2 集中條帶式定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)

在對(duì)掘進(jìn)工作面施工一定距離后，可對(duì)部分瓦斯賦存含量較高的區(qū)域進(jìn)行定向長(zhǎng)鉆孔條帶預(yù)抽采。主要是在工作面迎頭及巷道兩側(cè)設(shè)置鉆場(chǎng)，施工長(zhǎng)度400～600 m 的定向長(zhǎng)鉆孔，以對(duì)掘進(jìn)面前方煤體及巷道兩側(cè)15 m 范圍的煤體進(jìn)行強(qiáng)化抽采。在實(shí)施條帶預(yù)抽采期間，可對(duì)其他掘進(jìn)巷道進(jìn)行掘進(jìn)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)交替式抽采、交替式掘進(jìn)。集中條帶式定向鉆孔布置如圖2 所示。

圖2 本煤層巷道施工定向長(zhǎng)鉆孔條帶預(yù)抽采

1.3 采空區(qū)高位定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)

在工作面回采期間，若不對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行超前治理，煤體受采動(dòng)應(yīng)力破壞、頂板下沉及采空區(qū)遺留落煤等影響，采動(dòng)卸壓瓦斯會(huì)在生產(chǎn)期間向上隅角移動(dòng)并產(chǎn)生積聚。高位定向鉆孔是在回采工作面設(shè)置鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)間距200 m 左右，鉆場(chǎng)內(nèi)施工3～5 個(gè)頂板定向長(zhǎng)鉆孔，鉆孔層位依據(jù)工作面采高確定，一般設(shè)置在工作面采高6～8 倍處。通過(guò)在工作面設(shè)置多個(gè)鉆場(chǎng)，前后定向鉆孔可實(shí)現(xiàn)10～15 m 的壓茬長(zhǎng)度，可保障工作面正常生產(chǎn)期間定向長(zhǎng)鉆孔的持續(xù)高效抽采。采空區(qū)高位定向鉆孔布置如圖3 所示，高位定向鉆孔剖面圖如圖4 所示。

圖3 頂板高位鉆孔采空區(qū)抽采

圖4 采空區(qū)高位定向鉆孔剖面圖

1.4 區(qū)域遞進(jìn)式定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)

采區(qū)巷道掘進(jìn)過(guò)程中，在開采煤層臨近巷道內(nèi)合理布置鉆場(chǎng)，提前向開采煤層內(nèi)施工鉆孔，利用千米鉆機(jī)施工定向鉆孔覆蓋整個(gè)開采煤層，提前將開采煤層內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽放，達(dá)到降低瓦斯含量的目的。當(dāng)采煤工作面圈定完成后可以直接進(jìn)行回采，可提高采煤效率，保證采煤工作的順利進(jìn)行。區(qū)域遞進(jìn)式定向長(zhǎng)鉆孔布置如圖5 所示。

圖5 區(qū)域遞進(jìn)式定向抽采示意圖

2 各類千米定向鉆孔作用分析

1）巖巷穿層定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)：掩護(hù)巷道施工，提高掘進(jìn)效率。通過(guò)巖巷穿層鉆孔，對(duì)巷道接煤點(diǎn)提前抽采，減小了煤層壓力，為往后巖巷見煤提供安全保障。千米鉆孔兼做探放水孔，有效覆蓋各巷道，減少國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)施工探放水鉆孔，減少工藝流程。

2）集中條帶式定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)：在巷道迎頭及兩側(cè)布置鉆場(chǎng)，利用高負(fù)壓集中抽放這些鉆孔，形成高負(fù)壓、高濃度集中型抽放模式，在短時(shí)間內(nèi)將順槽巷道前方400～600 m 范圍的煤體瓦斯涌出量降至8 m3/min 以下，最終保證巷道掘進(jìn)不受瓦斯制約。減少了國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)作業(yè)工期及施工進(jìn)尺。通過(guò)集中條帶式定向鉆孔，減少巷道兩幫鉆場(chǎng)布置，避免與國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)交叉作業(yè)，提高巷道掘進(jìn)速度，節(jié)省施工工期。通過(guò)集中條帶式鉆孔探頂、探底，在施工巷道時(shí)予以參考，優(yōu)化巷道布局。

3）采空區(qū)高位定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)：提前向可采煤層頂板裂隙施工鉆孔，綜采隊(duì)在回采過(guò)程中，有效消除了采空區(qū)上隅角瓦斯積聚，提高回采速度。有效解決工作面回采過(guò)程中上隅角瓦斯積聚，穩(wěn)定區(qū)域回采探頭，保持瓦斯體積分?jǐn)?shù)在0.4%以下。通過(guò)西安12000 定向鉆機(jī)配套設(shè)備施工120 mm 大孔徑千米鉆孔，一次成孔，每天有效進(jìn)尺達(dá)到78～90 m/d，提高了鉆孔進(jìn)尺及成孔率。

4）通過(guò)千米鉆孔瓦斯抽采，不僅減少了國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)的頻繁施工，提高了抽放量，節(jié)省了大量的經(jīng)濟(jì)支出，還為各采面的銜接提供了有利的保障，同時(shí)，通過(guò)千米鉆孔的探頂、探底，還能更加準(zhǔn)確有效地向各有關(guān)部門提供可靠的瓦斯地質(zhì)資料。

3 千米定向鉆孔應(yīng)用實(shí)例

3.1 定向穿層鉆孔

利用巖巷穿層定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)對(duì)東六回風(fēng)巷西掘1 號(hào)和2 號(hào)千米鉆場(chǎng)施工11 個(gè)千米鉆孔，總進(jìn)尺20 439 m，穿層定向長(zhǎng)鉆孔布置形式如圖6 所示。

圖6 巖巷穿層鉆孔抽采示意圖

在東六回風(fēng)巷兩側(cè)布置千米鉆場(chǎng)施工定向鉆孔，鉆孔設(shè)計(jì)深度400～600 m，每個(gè)鉆孔先在巖層中施工，見煤后根據(jù)生產(chǎn)需要再施工一定深度。在巖層中的鉆孔可以攔截瓦斯向巷道涌出，起到掩護(hù)巷道掘進(jìn)的作用，在煤層中的鉆孔可以直接抽放瓦斯，達(dá)到降低瓦斯含量的目的。

3.2 煤巷條帶預(yù)測(cè)鉆孔

利用集中條帶式定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)對(duì)東區(qū)北翼膠帶巷、運(yùn)輸巷17 號(hào)橫川千米鉆場(chǎng)，東區(qū)北翼膠帶巷、運(yùn)輸巷反掘1 號(hào)橫川千米鉆場(chǎng)等地方進(jìn)行施工。東區(qū)北翼膠帶巷、運(yùn)輸巷17 號(hào)橫川千米鉆場(chǎng)共施工11 個(gè)鉆孔，總工程量13 506 m，東區(qū)北翼膠帶巷、運(yùn)輸巷反掘1 號(hào)橫川千米鉆場(chǎng)共施工16 個(gè)千米鉆孔，總工程量20 553 m。通過(guò)對(duì)東區(qū)北翼膠帶、運(yùn)輸巷施工的集中條帶式定向鉆孔進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量，27 個(gè)千米鉆孔在3 個(gè)月的預(yù)抽時(shí)間內(nèi)，共計(jì)抽采瓦斯量699.84 萬(wàn)m3，單個(gè)鉆孔平均抽采量達(dá)到2 m3/min，通過(guò)抽采后的瓦斯含量測(cè)定，掘進(jìn)工作面前方的殘余瓦斯含量降至6.4 m3/t，保證了巷道掘進(jìn)過(guò)程中不受瓦斯制約，可以順利掘進(jìn)。

53043 巷23 號(hào)橫川千米鉆場(chǎng)累計(jì)抽放瓦斯263.844 8 萬(wàn)m3，53043 巷22 號(hào)橫川千米鉆場(chǎng)累計(jì)抽放瓦斯334.753 2 萬(wàn)m3，53043 巷8 號(hào)橫川千米鉆場(chǎng)累計(jì)抽放瓦斯152.968 萬(wàn)m3，53043 巷6 號(hào)橫川千米鉆場(chǎng)累計(jì)抽放瓦斯120.332 5 萬(wàn)m3。通過(guò)對(duì)53043 巷各鉆場(chǎng)布置羽狀千米鉆孔，提前向5304 工作面施工鉆孔，利用千米鉆機(jī)施工定向鉆孔覆蓋整個(gè)開采煤層，提前將5304 工作面內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽放，降低了煤層內(nèi)的瓦斯含量，提高了采煤效率，保證了采煤工作的順利進(jìn)行。

4 結(jié)論

定向長(zhǎng)鉆孔作為區(qū)域防突措施之一，在寺河煤礦得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用巖巷穿層定向長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽、集中條帶式定向鉆孔預(yù)抽、采空區(qū)高位定向鉆孔抽采及區(qū)域遞進(jìn)式定向鉆孔抽采等方式對(duì)煤炭回采前和回采期間的瓦斯進(jìn)行治理，是既節(jié)約成本又可實(shí)現(xiàn)高效率抽采的治理方法。工程實(shí)踐表明，定向長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽既降低了煤層內(nèi)的瓦斯含量，又提高了采煤效率，保證了采煤工作的順利進(jìn)行。