大直徑鉆孔治理綜采工作面上隅角瓦斯應用

石瑞鵬，高 翔，李 浩

(西山煤電集團 杜兒坪礦，山西 太原 030022)

采煤工作面上隅角靠近煤壁和采空區側，風流速度很低，局部處于渦流狀態。這種渦流使采空區涌出的瓦斯難以進入到主風流中，從而使高濃度瓦斯在上隅角附近循環運動而聚集在渦流區中，形成了上隅角的瓦斯超限。若工作面上隅角出現滯后回柱，除上隅角存在的渦流區外，在靠近切頂排處會出現微風區，采空區漏出的瓦斯在此處積聚，更容易形成上隅角的瓦斯超限。為了治理綜采工作面回采時上隅角瓦斯涌出，西山煤電集團杜兒坪礦在掌握綜采工作面瓦斯涌出量的基礎上，在瓦斯治理巷施工大直徑鉆孔替代工作面回風巷與瓦斯治理巷工作面橫貫，埋設大直徑瓦斯抽采管路，通過負壓抽采上隅角瓦斯，同時改變采空區瓦斯流動方向，使臨近層涌出的瓦斯經抽采管路抽出地面，達到了治理綜采工作面瓦斯的目的。

1 地質概況

72909瓦斯治理巷與正巷位于南九盤區，兩巷煤層厚度較穩定，全厚1.70～3.60 m，平均3.08 m，煤層結構復雜，含有一層不穩定夾矸，厚度為0～1.70 m，平均0.05 m，巖性是黑灰色砂質泥巖，含有少量植物化石碎片，隨著橫川鉆孔向前延伸將逐漸變薄尖滅。圍巖特性表見表1.

表1 圍巖特性表

2 72909瓦斯治理巷施工地點

1) 服務地點。

72909工作面布置在2號煤層，“U”型通風方式，采用走向長壁后退式一次采全高全部垮落法的綜合機械化采煤方法。

2) 大直徑鉆孔施工位置。

由72909瓦斯治理巷向72909工作面回風巷施工大直徑鉆孔，每隔30 m布置一個鉆孔。具體施工位置見圖1，本次施工從順槽入口處向切眼方向施工。

圖1 大直徑鉆孔施工位置圖

3) 大直徑抽采鉆孔施工工藝。

大直徑鉆孔管徑為650 mm，垂直于保護煤柱施工，開孔高度為1 100 mm，具體鉆孔參數見表2，鉆孔圖見圖2，圖3.

表2 大直徑鉆孔參數表

注：具體開孔高度、終孔位置、鉆機角度根據現場實際環境進行調節(可以施工到72909回風順槽頂板位置)。

圖2 鉆孔立面圖

圖3 鉆孔剖面圖

4) 鉆孔護管的參數及施工方法。

護管參數見表3，具體加工方式見圖4，圖5，圖6.

表3 護管參數表

圖4 單節護管加工圖

圖5 第一節護管加工圖

5) 護管施工的方法。

鉆孔施工到位后，退鉆，卸下鉆頭后利用鉆機的推力將護管頂入鉆孔內，具體方法如下：

a) 將護管運至72909工作面鄰近巷道大直徑鉆孔鉆透地點，退鉆后將首節護管安裝護管尖頭(插接式連接，并用螺栓固定，具體見圖7)，利用鉆機吊裝設備將首節護管水平吊至鉆孔內，貼近鉆桿位置并調整護管平整度，與鉆桿成直線。

b) 無關人員退至安全距離。

c) 安裝工人開始安裝第一根護管，通知鉆機司機開動鉆機，利用鉆機推力將護管頂入鉆孔中，待護管推入指定位置后(不要將護管連接頭推入鉆孔)，通知鉆機司機退鉆，連接下一根護管，依次循環，直至護管安裝完畢。

d) 安裝完成后，將護管尖頭卸下，進行封孔，然后將護管與抽放管路連接。

6) 鉆孔封孔工藝。

采用聚氨酯封孔，具體封孔工藝見圖8.

鉆孔采用聚氨酯封孔，封孔長度6 m(注漿之前在封孔管兩端周邊用棉紗進行封堵，鉆孔兩端分別封3 m)，封孔就是將護管周圍的空隙填堵，將護管連接到支管上，支管連接到干管上，干管再連接到主管上，最后到瓦斯抽采系統。為了避免護管內因碰撞晃動而影響封孔質量，降低抽采效果，孔口尚需用水泥砂漿將護管固定牢固或用木楔塞緊。

圖6 尖頭加工圖

圖7 護管安裝示意圖

圖8 封孔工藝圖

3 抽采管路及敷設

72909瓦斯治理巷側：利用變徑通過軟管將支管與d426 mm護管連接，并入抽放系統，連接方式見圖9.

圖9 連接方式示意圖

72909回風順槽側：根據需求可在與護管尖頭連接的護管上焊接鋼圈，作為快速管接頭的連接件，為方便連接彎頭將抽采管的入口指向頂板。

附屬裝置主要為放水器、計量裝置、排渣器等。其中，放水器可以采用自動放水器或是加工人工放水器，必要時連接裝置上也可設放水閥門。計量裝置用于觀測抽放鉆孔及管路的抽放濃度、抽放壓力、抽放流量等參數，計量裝置可采用原有管路的孔板流量計。72907工作面通風示意圖見圖10.

圖10 72909工作面通風示意圖

4 工程概況及推廣應用前景

72909瓦斯治理巷與72909正巷每30 m打一個d650 mm×20 m的鉆孔，共53個，總長1 060 m，工程量1 060 m. 打鉆費用按每綜合米1 500元計算，共設計44個大直徑鉆孔，單孔長度為20 m，共計880 m，總價為132萬元。

鉆孔施工地點在南九2#，二號煤每掘進一米平均費用6 100元。瓦斯治理巷與回風巷之間平均距離20 m，若施工橫貫需總費用20×6 100×12=146.4萬元。永久閉綜合材料費用每個閉按照45 000元，做24個永久閉需24×45 000=108萬元，節省費用126.72萬元，同時節省了勞動力，確保了安全生產。

采用大直徑鉆孔替代工作面橫貫，有效降低了施工橫貫工程量，縮短了工作周期，節約了工程成本，降低了勞動力，確保了安全生產。埋設大直徑瓦斯抽采管路，通過負壓抽采，抽采上隅角瓦斯及臨近層涌出的瓦斯經抽采管路抽出地面，達到了治理綜采工作面瓦斯的目的，解決了高瓦斯工作面風排瓦斯能力不足和工作面上隅角瓦斯積聚的問題。具有一定的推廣應用前景。