頂板長距離裂隙帶鉆孔替代高抽巷抽采技術研究

羅彥忠

（汾西礦業集團中興煤礦，山西 交城 030500 ）

中興煤礦是山西焦煤汾西礦業集團公司所屬的一座現代化礦井，目前開采02#、2#、（4+5）#煤層，屬典型的近距離煤層群開采。隨著產量的遞增及采掘部署向深部發展，瓦斯涌出量總體呈現逐年加大的趨勢，必須高度重視瓦斯綜合防治工作。針對2#煤層工作面頂板裂隙帶瓦斯積聚問題，采取了頂板高抽巷、高位裂隙帶鉆孔等瓦斯抽采措施，但是利用高抽巷抽采裂隙帶瓦斯，存在施工周期長、成本高等問題，因此在1（02）09綜采工作面02#煤層頂板施工了千米定向鉆孔抽采裂隙帶瓦斯，取得了良好的瓦斯抽采效果。

1 工作面概況

1.1 工作面位置

1（02）09綜采工作面位于一采區北翼，北面為安則村保安煤柱線，南面為一采區開拓大巷,東面為1407材巷，西面為1211工作面，工作面開采水平+760m，工作面地面標高1217～1434m，工作面井下標高704～778m，本工作面上下層均未開采。

1.2 煤層賦存及頂底板情況

1（02）09綜采工作面所采煤層為02#煤層，煤層厚度為1.1～1.5m，屬薄煤層，煤層傾角為2～15°，平均傾角8°，下伏有2#煤層（距02#煤層底板12.2m）和4#煤層（距02#煤層底板16.6m），屬典型的近距離煤層群開采，工作面設計走向長度1246m，傾斜長160m。

1.3 工作面通風系統

1（02）09綜采工作面采用“U”型通風系統，即材巷進風（風量1150m3/min），運輸巷回風（風量1263m3/min），工作面生產期間絕對瓦斯涌出量約12m3/min。

2 頂板走向長距離裂隙帶鉆孔設計

2.1 鉆孔設計目的

（1）對1（02）09工作面上隅角采用定向長鉆孔進行卸壓抽采，降低上隅角瓦斯濃度。

（2）掌握02#煤層頂板“三帶”情況，發揮ZDY6000LD定向鉆機優勢，在巖層中精確定位，選擇合理的軌跡設計，達到最佳鉆孔施工效果。

2.2 鉆孔布置施工設計

設計在1（02）09運巷右幫距離切割巷250m處每隔200m施工1個千米鉆場，鉆場規格為：長×寬×高=9×4.5×2.5m，每個鉆場內施工3個頂板走向裂隙帶主孔，共計施工主孔12個，孔深250m左右，鉆孔施工參數及布置平面圖見表1、圖1。

表1 頂板走向長距離裂隙帶鉆孔施工參數

圖1 鉆孔布置平面圖

2.3 主要鉆探設備

本次施工采用的設備主要有：ZDY6000LD型千米定向鉆機、3NB300-12/45型往復式泥漿泵、YHD1-1000（A）型隨鉆測量系統、Ф73mm通纜鉆桿、Ф73mm孔底馬達（3級）、Ф96mm復合片鉆頭和Ф153mm擴孔鉆頭。

3 頂板走向長鉆孔與高抽巷抽采瓦斯效果對比

3.1 鉆孔施工概況

本次定向鉆孔于2017年2月15日～8月12日施工完畢，施工總進尺2358m，其中主孔累計進尺2154m，分支孔累計進尺204m，最大孔深255m，鉆孔成孔軌跡均控制在02#煤層頂板7～9m層位。

3.2 頂板走向長鉆孔抽采效果

3.2.1 抽采濃度與工作面推進度情況

圖2 1#鉆場抽采濃度曲線圖

由上述抽采濃度曲線圖可以看出，1#鉆場單孔抽采濃度最大值45.4%，平均抽采濃度20%，支管路抽采濃度最大值20.6%，平均抽采濃度15%。

3.2.2 抽采純量與工作面推進度情況

圖3 1#鉆場抽采純量曲線圖

由上述抽采純量曲線圖可以看出，1#鉆場單孔抽采純量最大值3.37m3/min，平均抽采純量2m3/min，支管路抽采純量最大值4.4m3/min，平均抽采純量2.5m3/min。

3.3 頂板走向長鉆孔抽采優缺點

3.3.1 頂板走向長鉆孔優點

（1）鉆孔控制范圍較大，在頂板布置鉆孔時通過調整終孔點的位置，不同的鉆孔可滿足不同層位和不同時期的瓦斯抽放需求。

（2）鉆孔抽放瓦斯見效快，鉆孔封孔后抽采濃度、抽采純量隨著工作面的推進明顯提升。

（3）鉆孔施工周期短，工程量小，投入成本低。

3.3.2 頂板走向長鉆孔缺點

（1）當鉆孔軌跡層位及終孔位置不當時，造成抽采量偏小。

（2）受地質構造和煤巖層影響較大，且巖孔施工效率低，成孔困難。

（3）受地質條件影響，在頂板較硬巖層不易開分支孔。

3.4 高抽巷抽采效果

根據該礦實際情況，選用走向內錯高抽巷，即水平方向沿回采工作面內錯回風巷，垂直方向平均回風巷布置在頂板裂隙帶中；該礦分別于1411、1415綜采工作面布置了2條高抽巷，且2條高抽巷的抽采效果均在工作面回采過程中得到了驗證。

（1）1411“Y”型通風回采工作面：1411后段高抽巷底板距離1411運巷頂板15～17m（7～9倍采高），與1411運巷內錯25m，高抽巷的抽采濃度基本保持在15～22%之間，抽采量在3.2～5m3/min之間；工作面上隅角瓦斯濃度在0.3～0.4%。

（2）1415“Y”型通風回采工作面：1415后段高抽巷底板距離1415運巷頂板10～12m（5～6倍采高），與1415運巷內措25m，高抽巷的抽采濃度基本保持在18～22%之間，抽采量在2.5～4.2m3/min之間；工作面上隅角瓦斯濃度在0.24～0.3%。

3.5 高抽巷抽采優缺點

3.5.1 高抽巷抽采優點

抽采效果佳，抽采濃度高，抽采純量大，且持續穩定。

3.5.2 高抽巷抽采缺點

掘進巷道為巖巷，工程量大，速度慢，周期長，投資費用較高，封閉巷道內積水、積渣等因素影響抽采效果，高抽巷未布置在裂隙發育充分的層位，同樣達不到預期效果。

4 結論

通過本次試驗分析，頂板走向長鉆孔與高抽巷原理相同，抽采目的一致，初步驗證了頂板走向長鉆孔替代高抽巷抽采采空區瓦斯的可行性，定向長鉆孔可以節省鉆場及巷道開拓費用，減少鉆孔工程量贏取預抽時間，改變瓦斯治理滯后的現狀，初步得出以下結論：

（1）從鉆孔長度方面來看，本次試驗工程的最大孔深255m，平均孔深200m，鉆孔孔深及鉆孔數量基本滿足設計要求。

（2）從鉆孔軌跡方面來看，鉆孔成孔軌跡上下控制在02#煤層頂板上方8m層位為裂隙帶最佳層位，左右與回風巷內措15～35m抽采效果最佳。

（3）從抽采效果方面來看，定向鉆孔單孔平均抽采量1.2～1.5m3/min，鉆場支管路平均抽采純量5m3/min，高抽巷平均抽采量4m3/min，瓦斯抽放量不是太高，其主要原因：一是由于部分鉆孔未達到設計孔深，導致鉆孔無法連續抽采卸壓瓦斯；二是鉆孔數量少，如果可以增加至5個鉆孔，頂板走向鉆孔可以取代高抽巷。

綜上所述，本次定向鉆孔工程基本達到了立項試驗的目的，可以解決該礦02#煤工作面回采期間瓦斯治理問題，認為采用“以孔代巷”瓦斯抽放技術是合理可行的，為解決回采過程中上隅角瓦斯難以控制問題奠定了良好的基礎。