基于綜采工作面通風方式的高位鉆孔優化布置及效果分析

吉振光

(晉城煤業集團寺河礦)

綜采工作面在取消尾巷通風后，工作面上隅角和采空區瓦斯治理變得尤為重要，目前解決辦法主要有采空區閉墻埋管和高位鉆孔抽放瓦斯，抑制采空區瓦斯涌出。但是不同的通風方式導致的采空區瓦斯流場不同，對于高位鉆孔的布置也提出了不同的要求，部分高位鉆孔雖然能夠抽放冒落帶和裂隙帶中瓦斯，但是對于綜采工作面的瓦斯治理起不到應有的作用[1]。

針對部分高位鉆孔抽放效果差，綜采工作面上隅角和采空區瓦斯涌出量大的問題，以寺河礦5309U型通風工作面為基礎，結合W2302(中段)尾部通風工作面上隅角和架間瓦斯異常涌出的情況，對于高位鉆孔的布置進行變更和優化，以期改善抽放效果。

1 工作面概況

寺河礦是煤與瓦斯突出礦井，開采3#煤層，礦井東井區絕對瓦斯涌出量為970.59 m3/min，相對瓦斯涌出量為116.92 t/min；西井區絕對瓦斯涌出量為970.59 m3/min，相對瓦斯涌出量為116.92 t/min；煤層屬于Ⅲ類，不易自燃。

5309工作面煤層地面標高為+576～+659 m，工作面傾向長301.5 m，走向長972.9 m。煤層平均厚5.9 m，偽頂為0.7 m厚炭質泥巖，直接頂為1.12 m 厚粉砂質泥巖，老頂為6.23 m厚細粒砂巖。工作面采用“三進一回”U型通風方式，見圖1。

圖1 5309工作面通風方式示意

W2302工作面地面標高為+629.5～+768.4 m，工作面傾向長295.3 m，走向長904.23 m。煤層平均厚6.3 m，偽頂為0.4 m厚泥巖，直接頂為2.15 m厚砂質泥巖，老頂為6.50 m厚細粒砂巖。工作面采用“三進一回”尾部通風方式，見圖2。

2 綜采工作面高位瓦斯抽采現狀

綜采工作面上隅角和采空區瓦斯處理主要通過閉墻埋管和高位鉆孔采空區抽放，其中采空區埋管抽放是在已封閉巷道閉墻上部預埋PE377瓦斯管路，利用大流量抽放采空區瓦斯，同時配合上隅角提前布置的抽排風筒，抽放上隅角附近的局部瓦斯，見圖3。但是采空區閉墻埋管抽放受工作面漏風影響，抽放濃度較低，抽放量較小，當煤體瓦斯含量較大時，工作面瓦斯治理受到了很大限制。

圖2 W2302工作面通風方式示意

圖3 采空區閉墻埋管抽放示意

為了從根本上解決采空區瓦斯的問題，利用巷道內鉆場，在工作面回采之前，采用千米鉆機以大傾角上仰開孔鉆進至煤層頂板，使鉆孔進入工作面回采后的采空區O型圈內裂隙帶并沿其延伸；由于施工鉆孔長，且主要孔段均在O型圈裂隙帶內延伸，鉆孔可長期穩定存在，以工作面回采時采動壓力形成的頂板裂隙作為通道能夠有效抽采工作面煤壁釋放的瓦斯，從而實現工作面上頂板裂隙和采空區瓦斯區域抽采。根據工作面現場實際經驗，結合工作面采動覆巖“三帶”分布特征[2]，確定高位鉆孔的布置層位為工作面采高的6～8倍，即鉆孔距離煤層頂板30～48 m層位，見圖4。

3 綜采工作面通風方式對高位鉆孔布置方式抽放效果分析

5309工作面采用“三進一回”U型通風方式，工作面回風流和工作面推進方向一致，而W2302工作面采用“三進一回”尾部通風方式，工作面回風流和工作面推進方向相反，2個工作面在回采初期的高位鉆孔布置均是在工作面回采前利用千米鉆機提前施工，鉆孔布置層位為工作面采高的6～8倍。但是在工作面回采過程，高位鉆孔的抽放量相差較大，同時W2302工作面風流瓦斯也出現了較大波動，對比結果見表1。

圖4 綜采工作面高位鉆孔布置方式

表1 高位鉆孔抽放量及工作面風流瓦斯對比

由表1可以看出，5309工作面高位鉆孔瓦斯抽放量是W2302高位鉆孔抽放量的2.5倍左右，工作面風流平均瓦斯濃度較W2302工作面減少0.2個百分點左右，5309工作面高位鉆孔抽放效果比W2302工作面抽放效果好。

由于5309工作面回風流方向和工作面推進方向一致，W2302工作面回風流方向與工作推進方向相反。由于通風方式的不同，對采空區瓦斯流場產生了較大影響，通過利用FLUENT數值軟件模擬2種通風方式的采空區瓦斯流場分布[3]，5309工作面上隅角以里采空區高濃度瓦斯分布較W2302工作面更加靠前，且在回風隅角側瓦斯濃度相對較高。

根據上述分析可知，在5309工作面閉墻埋管負壓抽放所形成的瓦斯流場區域與高位鉆孔抽放所形成負壓區域是一致的，更有利于采空區瓦斯的集中抽放；而W2302工作面剛好相反，閉墻抽放所形成的瓦斯流場是趨向于回風流流動的方向，高位鉆孔形成負壓場和回風流流動的方向相反，采空區的高濃度瓦斯更加靠近采空區深部，由于千米鉆機施工的高位鉆孔布置在采空區裂隙帶中，高位鉆孔的完整性在工作面回采過后不能長時間保存，無法抽放采空區深部瓦斯，因此，尾部通風綜采工作面采用上述高位鉆孔布置方式，其抽放效果較U通風方式工作面較差，需對尾部通風方式進行優化。

4 尾部通風綜采工作面鉆孔優化及效果分析

通過對W2302工作面尾部通風方式進行采空區瓦斯流場分析，結合原有的超前千米高位鉆孔布置，在W23024巷回風側距離通風橫川100 m位置利用普通鉆機施工一組高位鉆孔，高位鉆孔布置層位在25～40 m，共施工6個孔，W2302尾部通風工作面高位鉆孔布置和部分鉆孔設計見圖5、圖6。

圖5 W2302尾部通風工作面高位鉆孔布置

在普通鉆機高位鉆孔施工完畢后，對優化后的鉆孔瓦斯抽放量進行測定，結果見表2。可以看出，優化后的高位鉆孔瓦斯抽放量和抽放濃度較高，超前施工千米鉆機高位鉆孔瓦斯抽放量較前期有所下降，但高位鉆孔總抽放量明顯提升，達到25.08 m3/min；同時對各個鉆孔層位比較，發現優化后鉆孔層位布置在頂板以上35 m時抽放效果最佳。

圖6 優化鉆孔設計(單位：m)

表2 W2302工作面優化鉆孔施工后抽放量情況表

注：2#鉆孔堵孔。

W2302工作面優化鉆孔施工完畢后，工作面在生產過程中瓦斯濃度和瓦斯抽放量發生較大變化，見表3。通過對比發現，W2302工作面高位鉆孔的平均抽放量由原來的8.02 m3/min提升至24.72 m3/min，抽放量提升了2倍；工作面風流平均瓦斯濃度由原來的0.58%降低至0.42%，降低27個百分點，瓦斯治理能力得到了很大提升。

表3 W2302工作面優化前后鉆孔抽放量及風流瓦斯對比

5 結 論

(1)通過對W2302尾部通風工作面和5309U型通風工作面比較可以看出，超前施工千米鉆機高位鉆孔對于尾部通風綜采工作面抽放效果較差，抽放量較低。

(2)在W23024巷采用普通鉆機施工優化高位鉆孔后，工作面的高位鉆孔的平均抽放量提升了2倍，達到24.72 m3/min，工作面風流瓦斯濃度降低了27個百分點，平均瓦斯濃度為0.42%，抽放效果明顯。

(3)優化鉆孔布置層位在頂板以上35 m左右抽放量最大，單孔瓦斯抽放量達到9.18 m3/min,更有利于解決尾部通風方式采空區瓦斯涌出。

[1] 黃 濤，黃光利.特厚煤層綜放工作面高位鉆孔的優化布置及效果分析[J].煤炭工程，2017,42(S2)：62-64,68.

[2] 李 朝，翟艷鵬.高瓦斯煤層群首采層“Y”型通風瓦斯抽采技術[J].煤礦安全，2017(2)：77-80.

[3] 董鋼鋒，鄒銀輝，王 振，等.尾巷對采空區瓦斯流暢影響的數值模擬[J].礦業安全與環保，2012(5)：19-21.